趙建文 侯燕文 李童

摘 要：電動汽車作為用電負載，大規(guī)模的接入電網(wǎng)會對電網(wǎng)造成一定的影響。本文從電能管理和電能質(zhì)量的角度分析了電動汽車充電對電網(wǎng)的影響，提出了充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化配置方案，探討了有序充電控制策略和充電樁有序接入策略。

關(guān)鍵詞：電動汽車;有序充電;控制策略

0 前言

隨著人類對能源的需求不斷增長，化石燃料為主要能源的時代終將結(jié)束。傳統(tǒng)的化石燃料汽車也將會被新能源汽車替代。電動汽車是新能源汽車技術(shù)主要發(fā)展趨勢，分為油電混合動力汽車和純電動汽車兩種類型，均可以通過充電樁進行充電。

1 電動汽車充電對電網(wǎng)的影晌

電動汽車充電對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在用電平衡和電能質(zhì)量兩個方面。

在人口密集的城市地區(qū)，由于用電量有一定的限制，電動汽車進行集中充電時，對電網(wǎng)是一個比較大的負荷，需要在大規(guī)模充電時候考慮用電平衡。在用電端負荷較多的地區(qū)，三相之間的供電交替會產(chǎn)生一定的諧波，進而會對電能質(zhì)量產(chǎn)生比較大的動態(tài)污染。

2 充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化配置

充電樁因占地少、操作方便、易接入而受到廣泛應用，是未來最常用的充電設(shè)施。

為了便于對接入電網(wǎng)的充電樁進行統(tǒng)一監(jiān)測與控制，實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的互動，有必要分區(qū)域?qū)Τ潆姌兜臄?shù)量進行配置。為便于在變電站內(nèi)建立對供電范圍內(nèi)的充電樁進行有序控制的監(jiān)控系統(tǒng)，可以以變電站的供電范圍為基準進行區(qū)域充電樁的配置。

區(qū)域內(nèi)充電柱的配置主要由區(qū)域內(nèi)各類型充電車輛的數(shù)量、并網(wǎng)充電時刻和充電時長決定。

充電樁一般優(yōu)先設(shè)置在住宅區(qū)、商務(wù)區(qū)、商業(yè)區(qū)的停車場以及具備停車條件的道路邊。在此類區(qū)域的配置密度應該大余其他區(qū)域，以便于用戶獲得便利的充電服務(wù)。

3 有序充電控制策略

基于電動汽車充電負荷預測和充電負荷對電網(wǎng)的影響制定有序充電控制策略。通過制定不同層級、不同區(qū)域的有序控制策略，同時應用合適的激勵策略，形成整體有序控制策略。

3.1 分區(qū)有序充電控制

充電基礎(chǔ)設(shè)施在車輛種類和服務(wù)范圍上可能會有交叉。因此在制定有序控制策略時，應考慮相互之間的配合，做到既能夠覆蓋所有電動汽車運行范圍，又能夠在相互重疊區(qū)域提供經(jīng)濟的電力供應。

3.2 電動汽車充電的激勵策略

私人是未來電動汽車的主要用戶，充電行為規(guī)律相對隨機，是最需要進行引導的群體。因此，通過基于需求側(cè)響應的基本方法和理論，結(jié)合電動汽車需求特性，研究引導和激勵私人電動汽車用戶參與有序充電的服務(wù)價格體系建立，為各層級多目標協(xié)調(diào)控制策略的實施提供手段。

3.3 分層級多目標協(xié)調(diào)策略

按充電結(jié)構(gòu)層次分為電網(wǎng)級有序充電控制策略、站級充電服務(wù)單元有序充電控制策略、有序充電控制器的控制策略和有序充電引導策略四部分。

（1）電網(wǎng)級有序充電控制策略。在電網(wǎng)規(guī)劃與運行上對電動汽車充電負荷進行管理與監(jiān)控，針對不同區(qū)域電網(wǎng)中并網(wǎng)充電負荷的變化作出相應的應急預案與應對措施等。通過通信信道將控制信息反饋至各個充電設(shè)施，與其他層級形成控制呼應。同時，在電網(wǎng)規(guī)劃時，加強電動汽車充電造成的電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。

（2）站級充電服務(wù)單元有序充電控制策略。站級充電服務(wù)單元位于各個控制區(qū)域的綜合控制中心或變電站內(nèi)，負責對充電樁進行實時監(jiān)控與管理。該服務(wù)單元的有序充電控制策略是對管理區(qū)域內(nèi)的充電樁進行綜合協(xié)調(diào)，是實現(xiàn)有序充電控制最重要的一層。

（3）有序充電控制器的控制策略。通過保障用戶需求并提高經(jīng)濟性的充電控制器控制策略實現(xiàn)有序充電控制。充電控制器與電池管理系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，根據(jù)實時狀態(tài)信息制定包含執(zhí)行時間、充電電流等內(nèi)容的充電方案。同時，研究通訊中斷、信息缺失等情況下，充電控制器自主實施有序充電的技術(shù)和方法。

（4）有序充電引導策略。有序充電引導策略是指對用戶充電行為提供的實用化引導的方法。例如通過車輛導航對有充電需求的車輛提供導航服務(wù)，引導其進入充換電服務(wù)點，或者通過短信通知給私人電動汽車用戶發(fā)送信息，引導充電時間、避開高峰充電。

4 充電樁有序接入策略

充電樁充電的有序接入策略將整個調(diào)度過程分為兩個階段：基于區(qū)域負荷優(yōu)化的調(diào)度和最優(yōu)充電方案的優(yōu)化分配，具體如下。

（1）基于負荷優(yōu)化的接入調(diào)度?；趨^(qū)域負荷優(yōu)化的調(diào)度是通過對區(qū)域內(nèi)所有電動汽車的充電時刻進行控制，以實現(xiàn)削峰填谷、穩(wěn)定變電站整體負荷水平的目標，具體步驟如下：

首先，通過對變電站供電范圍內(nèi)各小區(qū)電動汽車進行負荷建模，將待充電動汽車荷電狀態(tài)和待充車輛的總量的概率分布作為初始數(shù)據(jù)輸入。

其次，分析車輛的可調(diào)度比例，計算可調(diào)度車輛總量，對車輛進行荷電狀態(tài)分類，將不可調(diào)度的車輛與車輛原始接入規(guī)律結(jié)合在一起計算不可控負荷。

再次，將不可控負荷與變電站基礎(chǔ)負荷（居民生活用電負荷、工業(yè)負荷、商業(yè)負荷等）一起作為原始負荷輸入至優(yōu)化程序，同時將可調(diào)度負荷作為輸入變量。

最后，建立目標函數(shù)。通過優(yōu)化理論對整體負荷水平進行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)整體車輛接入的充電時刻。

（2）基于負載均衡的優(yōu)化分配。基于負載均衡的優(yōu)化分配是在考慮各小區(qū)車輛的實時可調(diào)度數(shù)量的前提下，將每個調(diào)度時刻應接入車輛數(shù)量分配至各小區(qū)，以均衡各條線路實時負載率，步驟如下：

首先，輸入各小區(qū)的實時可調(diào)度車輛數(shù)量及其電池荷電狀態(tài)，形成電池矩陣。

其次，采集各小區(qū)對應的供電線路實時負載率及其約束值，和電池約束一起作為約束輸入至優(yōu)化程序。

最后，將該調(diào)度時刻的各荷電狀態(tài)車輛接入總量輸入優(yōu)化程序進行分配，輸出變量為各小區(qū)并網(wǎng)充電的不同荷電狀態(tài)電動汽車數(shù)量。

通過對變電站供電范圍內(nèi)各個小區(qū)電動汽車的充電時刻進行調(diào)度，綜合考慮區(qū)域電網(wǎng)的實時參數(shù)，實現(xiàn)區(qū)域負荷水平的穩(wěn)定和線路負載率均衡，實現(xiàn)各個小區(qū)的有序接入充電。

5 結(jié)語

本文提出的有序充電體系可為電動汽車充電系統(tǒng)運營與管理人員提供參考，基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化配置可為充電設(shè)施建設(shè)提供借鑒，充電樁接入控制模式也為今后智能小區(qū)的發(fā)展與配電網(wǎng)運行提供依據(jù)。有序充電控制策略無論在理論上還是現(xiàn)實中都有重要的意義。

作者簡介：趙建文（1985—），男，山東泰安人，工學、管理學雙學士，工程師，主要從事電力營銷方面的工作。