新能源充電站能量?jī)?yōu)化管理

黃雅娟 徐迅 羅祖健

摘 ?要：在上一篇中我們討論了對(duì)于汽車無(wú)序充電行為下的電網(wǎng)分配，本節(jié)我們通過(guò)對(duì)不同充放電模式的討論確定最優(yōu)充放電的模式組合。對(duì)全額發(fā)電和允許棄光分別建立多層線性規(guī)劃模型，解得全額發(fā)電情形下新能源充電站每天利潤(rùn)為357.72元，允許棄光的情形下，每天利潤(rùn)為158.61元。

關(guān)鍵詞：新能源充電站;能量?jī)?yōu)化管理

引言

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的資源與環(huán)境問(wèn)題，世界各國(guó)政府都在積極推廣電動(dòng)汽車（Electrical Vehicle，EV）。電動(dòng)汽車的能量主要來(lái)源于電網(wǎng)，其大規(guī)模發(fā)展離不開(kāi)電力系統(tǒng)的支撐。電動(dòng)汽車無(wú)序充電行為具有隨機(jī)性強(qiáng)、同時(shí)率高等特性，將給配電網(wǎng)帶來(lái)負(fù)荷峰谷差增大、電壓下降及損耗增加等挑戰(zhàn)。但同時(shí)，電動(dòng)汽車作為移動(dòng)式儲(chǔ)能，在削峰填谷、提供電力系統(tǒng)輔助服務(wù)、協(xié)同消納新能源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)（Vehicle to Grid，V2G）指通過(guò)合理的策略和先進(jìn)的通訊手段對(duì)電動(dòng)汽車的充放電行為進(jìn)行優(yōu)化管理。[1]

1.問(wèn)題背景

新能源充電站利用電網(wǎng)電能及站內(nèi)新能源為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)，并可將站內(nèi)新能源的電能反送電網(wǎng)。站內(nèi)設(shè)有8 臺(tái)充電樁及光伏發(fā)電裝置，每臺(tái)充電樁的充電功率在 50kW 范圍內(nèi)可調(diào)。假設(shè)該充電站為 100 輛電動(dòng)汽車提供服務(wù)，充電電價(jià)固定為 1.5 元/kWh。用戶未來(lái) 24 小時(shí)的充電需求如電工杯2018年附件 1 電動(dòng)汽車充電記錄所示（可選擇一周內(nèi)任意一天）。充電站利潤(rùn)為其向電網(wǎng)和用戶售電收入減去其從電網(wǎng)購(gòu)電的成本。在光伏全額利用和允許棄光兩種情況下分別計(jì)算未來(lái) 24 小時(shí)充電站的最大利潤(rùn)。

2.模型求解

該文中建立以24小時(shí)充電站最大利潤(rùn)為目標(biāo)函數(shù)的規(guī)劃問(wèn)題，充電站運(yùn)營(yíng)模式如圖9所示，其中G代表電網(wǎng)，L代表運(yùn)營(yíng)商（充電站），V代表EV用戶，圖中箭頭代表電流方向，如GL 代表從電網(wǎng)購(gòu)電，LG代表向電網(wǎng)銷電，LV即代表從充電站充電給EV用戶。箭頭上數(shù)據(jù)代表某時(shí)段充電站的收益或成本。 分別表示對(duì)應(yīng)第i個(gè)時(shí)段的電流量。

由于充電樁的數(shù)量只有八臺(tái)，不能滿足所有車輛的充電需求，我們按照先到先充原則，根據(jù)附表一的充電開(kāi)始時(shí)刻以及充電時(shí)長(zhǎng)，用計(jì)算機(jī)模擬周一的充電情況，100輛車按照充電開(kāi)始時(shí)刻的順序先后到達(dá)充電站，當(dāng)充電站的充電車輛數(shù)小于8輛時(shí)，該車選擇編號(hào)最小的充電樁充電，當(dāng)充電站的充電車輛數(shù)等于8輛時(shí)，該車選擇不在此充電站充電。

2.1 光伏全額利用情況下的充電站利潤(rùn)

約束條件1表示在汽車離開(kāi)時(shí)給其充滿電，約束條件2，3 購(gòu)電量和售電量不能同時(shí)為0，當(dāng)我們購(gòu)電時(shí)，其售電量 一定為0，當(dāng)我們售電時(shí)，其購(gòu)電量 一定為0;約束條件4表示0點(diǎn)到6點(diǎn)24個(gè)小時(shí)段的總和與第一個(gè)大時(shí)段的數(shù)值的乘積大于0（乘積大于0表示括號(hào)里面數(shù)值同號(hào)）;約束條件5表示6點(diǎn)到10點(diǎn)16個(gè)小時(shí)段的總和與第二個(gè)大時(shí)段的數(shù)值的乘積大于0;約束條件6表示10點(diǎn)到14點(diǎn)16個(gè)小時(shí)段的總和與第三個(gè)大時(shí)段的數(shù)值的乘積大于0;約束條件7表示14點(diǎn)到18點(diǎn)16個(gè)小時(shí)段的總和與第四個(gè)大時(shí)段的數(shù)值的乘積大于0;約束條件8表示18點(diǎn)到24點(diǎn)24個(gè)小時(shí)段的總和與第五個(gè)大時(shí)段的數(shù)值的乘積大于0;約束條件8表示 的取值只有-1，0，1 三種情況。

通過(guò)MATLAB求得，日最大利潤(rùn)為357.73元：

2.2允許棄光情況下的充電站利潤(rùn)

棄光：棄放棄光伏所發(fā)電力，一般指的是不允許光伏系統(tǒng)并網(wǎng)，因?yàn)楣夥到y(tǒng)所發(fā)電力功率受環(huán)境的影響而處于不斷變化之中，不是穩(wěn)定的電源，電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)單位以此為由拒絕光伏系統(tǒng)的電網(wǎng)接入。

3.結(jié)語(yǔ)

本文研究查閱了大量的參考文獻(xiàn)，并利用SPSS、MATLAB、Matpower等軟件進(jìn)行計(jì)算和綜合性分析，提高了本研究的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] ?談麗娟.V2G模式下電動(dòng)汽車充放電控制策略研究.：2016

[2] ?田立亭，史雙龍，賈卓. 電動(dòng)汽車充電功率需求的統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，（11）：126-130，2010

[3] ?劉超. 計(jì)及電動(dòng)汽車最優(yōu)時(shí)空分布的分級(jí)調(diào)度模型研究[D].重慶大學(xué)，2014

[4] ?龐培川，曾成，楊彪，張謙.蒙特卡洛模擬法計(jì)算電動(dòng)汽車充電負(fù)荷[J].通信電源技術(shù)，33（01）：155-158，2016

作者簡(jiǎn)介：黃雅娟，女-1998年12年06月-漢族-湖南常德-應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)。