宏观视角 基于分时电价的电动汽车群有序充电策略参谋及充电桩运营治理决策

撮要：针对现在好多型号的电动汽车电板连接系统(battery management system,BMS)与住户小区内的慢充充电桩不可平方通讯的问题,依据确定性分析法,以倒序递推原则安排电动汽车的充电运行时辰,参谋了一种不辘集电动汽车电板荷电景色(state of charge,SOC)来完毕小区内电动汽车群(aggregator)有序充电的限制门径,并以小区配电网为例,接受蒙特卡洛门径模拟用户到达时辰,对电动汽车在无序充电、总负荷最低时段充电和倒序递推时段充电 3 种充电时势下配电变压器的负载情况进行了仿真和分析,结束标明,在倒序递推时段充电能显贵减小电网峰谷差率,不会产生新的负荷尖峰,适用于骨子应用。 一五二

关节词：分时电价；有序充电；电动汽车群；蒙特卡洛模拟；峰谷差率 零一七六

0、媒介

跟着全球变暖问题和能源缺少问题的日益严峻,越来越多的东说念主运行提倡和追求绿色环保的生想法。电动汽车(EV)的零排放和不依赖化石燃料的后劲,得到了世界列国政府的遍及喜爱,汽车开进电动时间[1]。除了政府的补贴和冒昧救济,相干的汽车坐褥厂家也纷纷运行和蔼电动车的将来发展,而且在电动汽车界限连接干涉资金和期间。 据工业和信息化部电动汽车发展计策参谋呈报辩论,到2030年寰宇电动汽车保有量将达到6000万辆[2] 。大范围的电动汽车群无序并网充电,尤其是在负荷岑岭期接入充电,加重了配网的峰谷差,约束到电网的安全运行。文件[3]走漏电动汽车无序充电负荷与原有峰值重迭,且EV浸透率越高,岑岭执续时辰越长。文件[4]指出大范围充电站运即将会产生大王人谐波,从而影响电网安全运行。 零七一九

为灵验缩小大范围电动汽车群充电对电网的负面影响,近些年国表里学者衔尾用户的充电需乞降 电网典型日基础负荷等信息,建议了一系列电动汽车有序充电限制策略参谋。 文件[5]引入有序充电的想法,成立以电动汽车削峰填谷的最优成果为办法函数的峰谷电价时段最优化模子,通过遗传算法对时段的制定决策进行寻优。 文件[6]建议变电站- 小区充电桩优化接入限制时势及策略,以变电站和配电领悟负载平衡为办法,完毕各住宅区电动汽车充电的有序限制。 文件[7]在满足用户充电需乞降配电变压器容量限制的前提下,成立了以充电站收益最大化和局部峰谷差最小的两阶段优化模子。文件[8]基于分时电价配景,成立了兼顾电网负荷波动与用户本钱的多办法优化充放电限制策略模子。 文件[9]建议了聚积求解接入并吞变压器下极少电动汽车的有序充电策略的数学模子。

现在限制电动汽车有序充电的策略参谋主若是基于求解数学优化模子,这要成立在充电桩准确辘集电动汽车SOC 的前提下[10] 。 探究到现时我国慢充充电桩与电动汽车 BMS 的通讯程序不范例,许多型号的电动汽车 SOC 不可被小区内慢充充电桩准确辘集[11] 。 因此,本文建议了一种不辘集电动汽车SOC 来完毕小区内大范围电动汽车群有序充电的限制门径。 该门径中引入电动汽车群的想法,通过分析住户私家车日行驶里程规定,确定每辆电动汽车的充电执续时辰;通过寻找充电过程中电网总负荷的最低点的时段,安排电动汽车在倒序递推时段进行充电。 终末,以某小区配电网为例,接受蒙特卡洛门径模拟用户到达时辰,仿真分析了电动汽车在3种不同充电时势下电网负荷弧线和经济效益等。

1、电动汽车群和分时电价

电动汽车群是指在一个固定区域(小区或泊车场)内至少有 10 台以上需要充电的车群组[12] 。 电动汽车群充电是指对 10 台以上的汽车群进行同期充电。

分时电价( time-of-use price,TOU price)是我国现时积极履行的一种电价机制,办法是荧惑用户合理革新用电负荷,削峰填谷,提高电力资源的欺诈服从[13] 。 若制定的充电分时电价八成灵验反馈电网负荷波动,则引入分时电价后,在满足小区变压器容量限制的前提下,尽量安排用户在谷时段充电,即保证了用户充电的经济性,又兼顾了电网的峰谷差。

举例电动汽车充电连接商从电网购电的分时电价接受国内工业用电分时电价分裂心志:峰时段 (17:00 - 21:00);平时段(21:00 - 22:00);谷时段8h(22:00 - 08:00)。 图 1 为某小区的典型日基础负荷弧线。 不错看出,傍晚 17 点至次日 8 点,电网分时电价的峰谷平时段与小区日基础负荷的波动情况是一致的。 这就保证了在谷时段对小区内电动汽车群充电时,用户充电用度最少,且电网不会出现峰上加峰情况。

2、电动私家车充电负荷性格分析

2.1 电板性格

现时电动汽车中的能源电板以锂电板为主,锂电板一般接受三段式充电神志进行充电,充电过程类似恒功率充电[14] 。 本文主要以市面有代表性的江淮 iEV5 等车型的能源电板手脚参谋对象。 详细中式的能源电板参数如下:电板容量为 28 kW·h,每 100 公里耗电量为 13. 3 kW·h,电板续航里程为200 公里,平方充电功率 PC在 3 ~ 4 kW(C 为电板容量,单元 kW·h)。 慢充充电电流在 0. 1C ~ 0. 5C(如 0. 2C 示意电板在理念念景色下 5 h 充满)范围内, 一般 5 ~ 8 h 充满。

2.2 出行需乞降风俗

用户出行需乞降风俗指的是用户的行驶里程, 出行及复返时辰等。 这些要素决定了用户的充电运行时辰与充电执续时辰。 现时清寒电动汽车出行的可靠的历史数据,一般合计电动汽车对传统汽车的替代使用不会对用户的出行风俗产生影响。 字据2009 年好意思邦交通部统计的家庭车辆行驶探望数据(national household travel survey,NHTS),一天中有14% 的家用车辆不被使用,有 43. 5% 的私家车日行驶里程在 32 km 以内,有 83. 7% 的私家车日行驶里程在 97 km 以内[15 - 16] 。 将统计数据归一化处理后,接受极大似然参数猜度门径将车辆日行驶里程类似为对数正态散播,其概率密度函数为

式中:d 为日行驶里程,盼望值 μ = 3. 7;程序差 б = 0. 9。

字据青岛市地区统计,青岛市工薪族高放工和恬逸用车里程每月平均 900 公里,即日平均行驶里程在 30 公里。 某汽车商家通过对潜在的车主逐日行驶里程进行探望,结束如图 2 所示,其中 93% 的车主日行驶里程在 80 公里以内。

我国大部分地区平方放工时辰为 17 时,多数车主放工后即复返家中,这么大多数电动汽车能在19时之前回到家中[17] 。如图 3 所示,接受对数正态散播形色电动汽车终末一次行程扫尾时刻,其概率密度函数为

式中:t 示意时辰,17 示意下昼17时。

2.3 电动汽车充电时辰

电动汽车充电执续时辰策画公式纯粹为

式中:TC为电动汽车充电执续时辰,h;S 为日行驶里程,km;W100为每百公里的耗电量,kW·h / km;PC为充电功率,kW。

3、小区充电桩接入时势限制

为了灵验地完毕小区内充电桩的优化接入和限制,接受“群控群管”的接入限制时势,将通盘小区的电动汽车群充电系统分为开拓层、限制层、退换层和云平台四层结构,如图 4 所示。

①为开拓层,包含箱变中 10 / 0. 4 kV 的迂回压转机和一系列交直流充电桩(机),将小区 10 kV 电力接入,配电、变电模块集成一体化,完成供电和交直流充电功能;②为限制层,通过群管群控完毕对接入的每路交直流充电进行限制连接,包括对充电桩(机)景色量、模拟量的监测,对各路充电过程的限制以及电度计量;③为退换层,对征服退换的车辆进行有序充电,完毕电能最优分拨,另外按照用户的预约充电需求,合理安排充电时辰;④为云平台,救济车主通过 APP 智能查询周围可用充电桩,实时了解充电程度和用度,与②③通过 CAN 总线或 GPRS 互不异讯,完毕东说念主机交互以及充电桩的景色监控等功能。 且在运营角度,云平台可对车辆数据、说念路数据、用户行驶数据等海量信息进行处理、分析、挖掘,便于供应商提供更缜密化的事业。

4、有序充电限制策略

基于小区典型日基础负荷弧线,建议不辘集电动汽车 SOC 来完毕小区电动汽车群有序充电的限制门径。在交通工程现实中,一般以 15 min 的交通流量为基础进行分裂,基于此将一天分裂96个限制时辰段,小区第 i(i = 1,2,…,96)个时段内基础负荷为 Pi,单台电动汽车功率为 p0 。 探究到电动汽车SOC 获得不到的情况,即电动汽车所需的充电时辰无法准确得到,接受确定分析法得到单辆电动汽车的充电执续时辰 T0 ,通过寻找充电过程中总负荷最低点地点的时段 Tminj,接受倒序递推原则中式电动汽车的充电运行时段(指该时段的运行时刻),尽可能在低谷时段给电动汽车充电。

4.1 寻找总负荷最低点时段

第 i 个时辰段电网总负荷 Psumi为该时辰段参与充电的 m 台电动汽车负荷与基础负荷 Pi的叠加,即

每一辆电动汽车安排充电后,从头策画 96 时段电网总负荷,找到总负荷的最低点地点的时段 Tminj, 为下一辆电动汽车安排充电时辰。 第 m 辆电动汽车安排充电时辰后,电网总负荷的最小值示意为

4.2 两种限制策略比较

寻找到电网总负荷最低点地点时辰段后,本文的策略门径莫得安排电动汽车在该时段径直进行充 电,而是接受倒序递推的原则,从头选拔充电时辰段。

现时我国住户小区 17 时至次日 6 时用电分时电价分裂如表 1 所示。 其中,Tf - b 、Tp - b和 Tg - b分别为峰时段、平时段和谷时段的运行时刻;Tf - o、Tp - o和Tg - o分别为峰时段、平时段和谷时段的扫尾时刻。

总负荷最低时段充电,总负荷最低时段充电时序如图 5 所示。 总负荷最低时段充电是指,新的电动汽车接入时,径直安排 EV 在上一辆电动汽车负荷计入电网后总负荷最低点地点的时段 Tminj进行充电,充电执续时辰 T0 。 若谷时段可用充电时辰大于 T0 ,则 Tminj为充电运行时段(如图 5(a)所示);若谷时段可用充电时辰小于 T0 ,那么距离谷时段扫尾T0前那一时段是充电运行时段。

倒序递推时段充电,倒序递推时段充电是指,新的电动汽车接入时,莫得径直安排其在 Tminj进 行充电,而是接受倒序递推原则安排充电时辰。 若谷时段可用充电时辰大于 T0 ,且 Tminj与谷时段运行时刻 Tg - b的时辰差 Δt 大于 T0 / 2,则充电运行时段为 Tminj上前平移 T0 / 2 时长(如图 6(a)所示);若谷时段可用充电时辰大于 T0 ,且 Tminj与谷时段运行时刻 Tg - b的时辰差 Δt 小于T0 / 2,则充电运行时段为谷时段运行时段 Tg - b ;若谷时段可用充电时辰小于T0 ,那么距离谷时段扫尾 T0前那一时段是充电运行时段。 倒序递推时段充电如图 6 所示。

4. 3 有序充电限制经由

小区内电动汽车群有序充电限制经由如图 7 所示。 在退换平台获适现时电网负荷信息后,字据得到的负荷最低点时段,制定电动汽车的充电时段。将安排好的电动汽车负荷与安排前的总负荷叠加, 寻找新的电网总负荷最低点时段,安排下一辆车的充电时段。

5、算例分析

5.1 仿真参数确立

为考据本文门径的灵验性,以某小区为例进行仿真 验 证。 小 区 ( 150 套 住 房, 平 均 每 套 住 房100 m 2 )总负荷包括住户日常基础负荷和电动汽车充电负荷。 配电变压器容量为 630 kVA,电动汽车接受交流慢充充电神志,充电功率为 3. 6 kW,充电服从为 0. 92。 小区基础负荷最大值占变压器容量的 80% 。

基于概率密度散播,欺诈蒙特卡洛抽样模拟电动汽车接入电网时辰。 默许通盘车辆在早上 6:00 前扫尾充电。 字据 2009 年 NHTS 数据,衔尾我国私家车行驶特色可知,90% 傍边的用户日行驶里程在100 公里以内,接受确定分析法策画电动汽车的充电执续时 间 T0 。 根 据 公 式 ( 3 ), 取 S = 100 km,W100 = 13. 3 kW·h / km ,PC = 3. 3 kW,得到 T0 = 4. 03 h。

经过 4 小时的执续充电,90% 傍边的私家车能充至满电景色。 假定日行驶里程 100 公里以上的车辆不参与退换过程。 可见,关于参与有序充电限制过程的用户,T0 = 4 基本能满足他们的充电需求。电动汽车商家从电网购电的分时电价及商家收取的充电分时电价时段分裂如表 2 所示。

5.2 仿真结束

通过蒙特卡洛法分别模拟 20 ~ 100 辆电动汽车在 17:00 ~ 6:00 的充电情况,得到不同数目的电动汽车在无序充电、总负荷最低时段充电和倒序递推时段充电 3 种充电时势下的电网负荷弧线(如图 8所示)。 表 3 所以 100 辆电动汽车的充电数据为例,从充电经济性、峰谷差率等方濒临上述 3 种充电时势进行对比。

无序充电。无序充电时势下,大王人的电动汽车聚积在傍晚充电,与小区基础负荷岑岭重迭,出现峰上加峰的情况。 本例中,100 辆电动汽车进行无序充电会超出变压器最大负载限制,约束到电网的安全运行。总负荷最低时段充电。 通过寻找总负荷最低点地点的时段径直进行充电,其负荷弧线如图8(b)所示。 不错看出:电动汽车基本被安排到电价最低的谷时段进行充电,且在 2:00 时运行出现新的负荷尖峰,跟着接入电动汽车数目的增多,新负荷尖峰致使会跳跃基础负荷的峰值。倒序递推时段充电。 电动汽车在倒序递推时段充电所得的负荷弧线如图 8(c)所示。 不错看出:该时势下电动汽车基本一说念被安排到电价最低的谷时段进行充电,且电动汽车接入后不错使低谷时段变得平坦,莫得显然的新负荷尖峰出现。

从表 3 不错看出,无序充电时势下最大总负荷达到变压器容量的 1. 2 倍,接受倒序递推时段充电时势时电网总负荷峰谷差率最低,仅为总负荷最低时段充电时势时的一半;经济效益方面,与无序充电时势比拟,两种有序充电时势下用户平均充电用度缩小了 36. 7% ,运营商每天的利润增多了 2. 8% 。可见,倒序递推时段充电时势八成完毕用户、运营商和电网公司的多赢。

6、治理决策

图1平台结构图

充电运营连接平台是基于物联网和大数据期间的充电设施连接系统，不错完毕对充电桩的监控、退换和连接，提高充电桩的欺诈率和充电服从，援助用户的充电体验和事业质地。用户不错通过APP或小本领提前预约充电，幸免在充电站列队恭候的情况，同期也能为充电站提供更准确的充电需求数据，便捷后续的退换和连接。通过平台可对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，实时发现和处理充电桩故障和相配情况对充电桩的功率进行限制和连接，确保充电桩在合理的功率范围内充电，幸免对电网形成过大的负荷。

7、安科瑞充电桩云平台具体的功能

平台除了对充电桩的监控外，还对充电站的光伏发电系统、储能系统以及供电系统进行聚积监控和调和互助连接，提高充电站的运行可靠性，缩小运营本钱，平台系统架构如图3所示。

图2充电桩运营连接平台系统架构

大屏走漏：展示充电站开拓统计、使用率排名、运营统计图表、节碳量统计等数据。

图3大屏展示界面

站点监控：走漏开拓实时景色、开拓列表、开拓日记、开拓景色统计等功能。

站群论坛

图4站点监控界面

开拓监控：走漏开拓实时信息、配套开拓景色、开拓实时弧线、关联订单信息、充电功率弧线等。

图5开拓监控界面

运营趋势统计：走漏运营信息查询、站点对比弧线、日月年报表、站点对比列表等功能。

图6运营趋势界面

收益查询：提供收益汇总、骨子收益报表、收益变化弧线、支付神志占比等功能。

图7收益查询界面

故障分析：提供故障汇总、故障景色饼图、故障趋势分析、故障类型饼图等功能。

图8故障分析界面

订单纪录：提供实时/历史订单查询、订单间隔、订单细则、订单导出、运营商应收信息、充电明细、交游活水查询、充值余额明细等功能。

图9订单查询界面

8、家具选型

安科瑞为雄壮用户提供慢充和快充两种充电神志，便携式、壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kw/21kw交流充电桩，30kw直流充电桩，60kw/80kw/120kw/180kw直流一步地充电桩来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营连接的阛阓需求。完毕对能源电板快速、高效、安全、合理的电量补给，同期为提高各人充电桩的服从和实用性，具有有智能监测：充电桩智能限制器对充电桩具备测量、限制与保护的功能；智能计量：输出建立智能电能表，进行充电计量，具备完善的通讯功能；云平台：具备结伙云平台的功能，不错完毕实时监控，财务报表分析等等；辛劳升级：具备完善的通讯功能，可辛劳对开拓软件进行升级；保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，走电保护和接地保护等功能；适配车型：满足国标充电接口，适配通盘相宜国标的电动汽车，适合不同车型的不同功率。底下是具体家具的型号和期间参数。

9、现场图片

10、论断

本文在不辘集电动汽车 SOC 前提下,详细探究用户的充电需乞降电网负荷水平,建议了基于分时电价的倒序递推时段充电门径。 通过仿真分析,得到如下论断:

峰谷差率方面,比拟较无序充电时势,两种有序充电时势均八成缩小总负荷峰谷差率。 倒序递推时段充电时势下的谷时段愈加平坦,填谷成果愈加显然。 而总负荷最低时段充电时势会产生新的负荷尖峰,致使会跳跃基础负荷的峰值。经济效益方面,两种有序充电时势下车均充电用度和运营商的日利润是换取的。 比拟无序充电时势,有序充电时势大幅度缩小了用户每次充电的用度,提高了用户的舒心度和响应有序充电策略的积极性。接受倒序递推时段充电时势在缩小用户充电本钱、提高运营商收益的同期,也提高了配电变压器的使用服从和寿命,完毕了用户、运营商和供电部门的多赢。

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