王姿怡等

作者簡介：王姿怡，女，漢族，山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)。

1、方案背景：據(jù)估計，未來十年里電動汽車的市場占有率將會逐步提升。發(fā)展電動汽車是我國汽車工業(yè)應(yīng)對能源、環(huán)境和氣候變化挑戰(zhàn)、保持可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑。

設(shè)計一個電動汽車充電站，并使其能夠充分的利用光能和風(fēng)能，既滿足充電負(fù)荷的需要，利用充電站的儲能作用，實現(xiàn)“消峰填谷”的作用，改善局部電網(wǎng)的供電質(zhì)量，促進(jìn)風(fēng)能，光能等可再生能源的接入，同時降低設(shè)備投資，減少峰值發(fā)電，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高能源利用效率，提高供電質(zhì)量。

2、可再生能源的發(fā)電特點：

2.1風(fēng)能發(fā)電：從利用風(fēng)能的角度看，風(fēng)能具有不可控性和波動性和間歇性，其主要特點是間歇性。

2.2光伏發(fā)電：光能同樣具有不可控性，波動性和間歇性的特點，隨著太陽光與地面角度的變化，光伏發(fā)電的功率輸出也發(fā)生變化。

3、整體思路：

每輛電動汽車有兩塊電池，通過設(shè)計充電站及電池充放，將風(fēng)光電穩(wěn)定的部分表示為負(fù)荷接入電網(wǎng)，使得用戶負(fù)荷加上風(fēng)光電，不穩(wěn)定部分給一部分電池充電，再利用剩下的電池和已充電的電池合理調(diào)配接入電網(wǎng)使得的一條綜合的曲線（可看成等效負(fù)荷曲線），近似成為一條直線，以此來降低火電的調(diào)控機(jī)組。

公式一，目標(biāo)函數(shù)，使得穩(wěn)定供電的機(jī)組供電最小

公式二，系統(tǒng)必須滿足的，發(fā)電大于供電

公式三，電動汽車的可充電的電池（一部分使用，一部分放在充電站可更換使用），能夠滿足大于風(fēng)電，光電發(fā)電使得電池成為一個臨時蓄能系統(tǒng)

公式四，放電電池、風(fēng)光電加上火電調(diào)控機(jī)組供電大于失負(fù)荷，用來削峰。

公式五，保證汽車電池放電符合一定的經(jīng)濟(jì)效益

公式6——11，表示變量有界

5、數(shù)據(jù)來源：通過對岳陽市日負(fù)荷數(shù)據(jù)的分析我們發(fā)現(xiàn)，通過接入風(fēng)電光電電動汽車，來盡可能多的彌補(bǔ)需要火電機(jī)組啟停來滿足的功率，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

由于我們認(rèn)為電動汽車影響電網(wǎng)（必須達(dá)到一定的數(shù)量），我們以2020年的發(fā)展作為一個參照。根據(jù)我國的用電量的預(yù)估（見中新網(wǎng)采訪劉建亞的報告），及岳陽市未來十年用電的負(fù)荷，我們可以認(rèn)為2020年的用電負(fù)荷整體提高為1.5倍。

假定使用單個功率為3Mw的發(fā)電機(jī)組作為2020年規(guī)模使用機(jī)組，光電使用200KW發(fā)電機(jī)組作為2020年規(guī)模機(jī)組，同時岳陽在2020年的電動汽車數(shù)量為15萬輛，我們設(shè)計每輛電動汽車有兩塊電池，電池設(shè)計成只能夠充電站進(jìn)行充電，電量設(shè)計為40kwh一塊。以10000輛汽車為一個單位，則可提供的充放電量為40萬kwh.

將這些數(shù)據(jù)，帶入我們的模型，約束中，而且根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)近似估計出，未來該地風(fēng)電，光電設(shè)計的容量。我們近似估計認(rèn)為，風(fēng)電光電各位1個單位。由此得到風(fēng)電，光電2020的數(shù)據(jù)。

6、通過曲線擬合來證明模型：

第一步：根據(jù)數(shù)據(jù)，將風(fēng)光電中穩(wěn)定的部分提取出來，作為負(fù)負(fù)荷接入到用戶負(fù)荷（不含電池），此時的坐標(biāo)軸，數(shù)據(jù)全部為2020年數(shù)據(jù)。

從整個曲線圖中可以看出將風(fēng)光電中穩(wěn)定的部分提取出來，作為用戶負(fù)荷的負(fù)功率接入，接入后整體的穩(wěn)定性，并沒有多大的改觀，但是從線性趨勢圖中可以很明顯的看出負(fù)荷曲線降低，通過這幅圖中得出的數(shù)據(jù)，我們進(jìn)行第二步的電動汽車電池進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。

此時，風(fēng)光電中還剩余大量的不穩(wěn)定部分，我們利用它來給電池充電，因為電池可調(diào)配性高，所以不用過多考慮這里的穩(wěn)定性。根據(jù)我們制定的目標(biāo)函數(shù)，及約束曲線，電動汽車的電池一部分承載風(fēng)光電中不穩(wěn)定的部分，承載電量為7700萬kwh（且全部轉(zhuǎn)為容易調(diào)控的穩(wěn)定部分），還可以承載4300萬kwh電量，將這些剩余的電池在調(diào)配后接入負(fù)荷低谷充電，根據(jù)我們可用的調(diào)配，及其分配，需要使用的電量為450萬kwh，做出的數(shù)據(jù)如圖及曲線。

其中，已充電電池部分可以調(diào)配用來填谷。而剩余的為充電部分用來削峰。根據(jù)計算，我們削峰需要的電量為4500萬Kwh，與所剩下的可充電電量相差不大，可以認(rèn)為模型有效。

通過上面的圖表1，很明顯可以看出，負(fù)荷的穩(wěn)定性，得到了大幅度提高，再跟圖表1中未作任何條件的負(fù)荷比較，負(fù)荷降低。

通過這些調(diào)節(jié)，達(dá)成了四個效果：

①風(fēng)光電穩(wěn)定的部分被接入了電網(wǎng)；

②風(fēng)電的不穩(wěn)定部分被拿來給電動汽車可以調(diào)配的那塊電池充電；

③電池剩余的一部分接入電網(wǎng)負(fù)荷低谷充電；

④電動汽車接收的風(fēng)光電不穩(wěn)定的那部分中可以提取一部分電池在電網(wǎng)高峰是削峰。

通過這些數(shù)據(jù)模型圖，證明建立的模型，目標(biāo)可行。（作者單位：山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院）