青志明，張宏艷，劉化龍，胡軍毅，傅 望，周士圍，周 飛

(1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司技能培訓(xùn)中心， 重慶 400053；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司南岸供電分公司， 重慶 401336；3.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司營(yíng)銷(xiāo)部， 重慶 400010)

?

基于電網(wǎng)負(fù)荷信息的電動(dòng)汽車(chē)充放電控制裝置研制

青志明1，張宏艷1，劉化龍2，胡軍毅3，傅 望1，周士圍1，周 飛1

(1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司技能培訓(xùn)中心， 重慶 400053；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司南岸供電分公司， 重慶 401336；3.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司營(yíng)銷(xiāo)部， 重慶 400010)

針對(duì)居民自有充電樁建設(shè)困難及電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電加劇電網(wǎng)峰谷差這2個(gè)問(wèn)題，研制了一種家用電動(dòng)汽車(chē)充放電控制裝置。通過(guò)控制中心對(duì)用電信息采集系統(tǒng)中獲取的的用戶(hù)負(fù)荷信息、用戶(hù)所在臺(tái)區(qū)負(fù)荷信息以及電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)有序用電邏輯控制。通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)給該裝置下達(dá)控制命令，使得電動(dòng)汽車(chē)能在用電低谷時(shí)進(jìn)行充電，而在用電高峰時(shí)盡量不充電，或者逆變輸出家庭負(fù)荷用電。Matlab仿真及實(shí)際應(yīng)用證明:該裝置能夠有效調(diào)節(jié)配網(wǎng)用電負(fù)荷峰谷差。

電動(dòng)汽車(chē)；控制策略；充放電裝置；有序用電；移峰填谷

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷突出與惡化，各國(guó)都在大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的代表，相比于石化燃料作為動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車(chē)，在環(huán)保、節(jié)能等方面占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。為此，我國(guó)也制定了一系列政策來(lái)大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年電動(dòng)汽車(chē)?yán)塾?jì)產(chǎn)銷(xiāo)量將超過(guò)500萬(wàn)輛[1]。

我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃( 2011—2020 )》強(qiáng)調(diào)大力發(fā)展節(jié)能與新能源汽車(chē)，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)跨越式發(fā)展。插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)和純電動(dòng)汽車(chē)(battery electric vehicle，BEV)是新能源汽車(chē)發(fā)展的重要方向。

然而，電動(dòng)汽車(chē)的推廣與大規(guī)模的接入電網(wǎng)充電將帶來(lái)一系列的問(wèn)題。其中，充電樁建設(shè)不足與無(wú)序充電為兩大主要問(wèn)題。

目前，電動(dòng)車(chē)充電不便與居民自有充電樁建設(shè)困難等問(wèn)題很突出。在一些居民小區(qū)，由于供電容量有限，無(wú)多余的容量供電動(dòng)汽車(chē)充電，這成為了制約居民自有充電樁建設(shè)的主要因素。這一問(wèn)題如果不能及時(shí)解決，必將嚴(yán)重影響到電動(dòng)汽車(chē)的推廣與應(yīng)用。

電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模接入電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)序充電，將加劇電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差[2-3]，可能造成電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降，并給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)[4-7]。

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一系列研究。文獻(xiàn)[8]采用網(wǎng)格選取法，在保證變壓器不過(guò)載運(yùn)行的同時(shí)，靈活規(guī)劃電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)段，但是該方法沒(méi)有考慮到居民的充電需求。文獻(xiàn)[9]提出一種在不增加小區(qū)已有配電容量的前提下，考慮私家電動(dòng)汽車(chē)出行規(guī)律和普通居民小區(qū)生活用電規(guī)律的充電策略，基于峰谷分時(shí)電價(jià)，最大限度利用谷時(shí)段進(jìn)行充電。文獻(xiàn)[10]綜合考慮用戶(hù)響應(yīng)和新能源發(fā)電協(xié)同兩個(gè)方面，通過(guò)制定合理的谷時(shí)段電價(jià)來(lái)引導(dǎo)用戶(hù)的充電行為。但這兩個(gè)方法的調(diào)控效果有限。文獻(xiàn)[11-12]在綜合考慮用戶(hù)的充電需求和電網(wǎng)負(fù)荷水平的基礎(chǔ)上，以削峰填谷為目標(biāo)，并考慮峰谷分時(shí)電價(jià)，由用戶(hù)自主響應(yīng)，控制電動(dòng)汽車(chē)有序充電。

為解決充電樁建設(shè)不足與無(wú)序充電兩大主要問(wèn)題，本文研制了一種家用電動(dòng)汽車(chē)充放電控制裝置。該裝置基于用電信息采集系統(tǒng)及對(duì)電池狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池進(jìn)行有序充電，并在用電高峰時(shí)可以離網(wǎng)逆變輸出電能供家庭負(fù)荷使用，以降低電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。該裝置可解決供電容量不足、居民自有充電樁建設(shè)困難的問(wèn)題。同時(shí)，基于用電負(fù)荷信息的有序充放電控制能有效降低電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備與充放電特性

1.1 設(shè)備類(lèi)型及特性

電動(dòng)汽車(chē)的充電設(shè)備是維持電動(dòng)汽車(chē)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件，也是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中重要的基礎(chǔ)設(shè)施。電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備包括充電站及其附屬設(shè)施，如充電機(jī)、充電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、配電室以及安全防護(hù)設(shè)施等。

根據(jù)各變換環(huán)節(jié)的不同，現(xiàn)階段電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)可分為：① 不控整流+斬波器；② 不控整流+DC/DC變換器；③ PWM整流+DC/DC變換器。 不控整流+斬波器屬早期產(chǎn)品，具有直流側(cè)電壓紋波小、動(dòng)態(tài)性能好、 工作隔離等優(yōu)點(diǎn)， 但體積大、諧波電流嚴(yán)重、效率低，不適用于公共電網(wǎng)。不控整流+DC/DC變換器具有直流側(cè)電壓紋波小、 動(dòng)態(tài)性能好、高頻隔離、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但電網(wǎng)側(cè)電流諧波大， 變換效率低。PWM 整流+DC/DC變換器型充電機(jī)可將諧波電流限制在很低的水平，而不需加裝濾波裝置，功率因數(shù)高，變換效率高，對(duì)公共電網(wǎng)電能質(zhì)量幾乎不構(gòu)成威脅，但卻受限于制造成本、容量等很難推廣。

1.2 充放電特性

1.2.1 充電特性

電動(dòng)汽車(chē)充電特性包含充電電流、電壓降落及充電時(shí)間等方面。電動(dòng)汽車(chē)電池充電模式有常規(guī)充電、快速充電和機(jī)械充電3種。常規(guī)充電為交流充電，利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，包括恒流充電、恒壓充電和階段充電3種.常規(guī)充電效率較高，但充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。快速充電充電時(shí)間短，可以大容量充電， 滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)緊急充電的需求，但充電效率較低，充電電流較大，充電時(shí)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生一定的沖擊，同時(shí)大電流充電對(duì)電池壽命有影響。機(jī)械充電為直接更換電動(dòng)汽車(chē)的電池組，對(duì)更換下來(lái)的蓄電池可以利用低谷時(shí)段進(jìn)行充電。

1.2.2 放電特性

電動(dòng)汽車(chē)在滿(mǎn)足行駛需求的前提下將多余電能回饋給電網(wǎng)。放電特性隨電池類(lèi)型的不同而不同。無(wú)論是大電流放電還是小電流放電都會(huì)對(duì)鉛酸蓄電池造成損害。大電流放電易造成正活性物質(zhì)脫落，而小電流放電容易造成蓄電池的放電終止電壓過(guò)高，從而造成過(guò)放電， 因此應(yīng)控制蓄電池的放電電流在一定的范圍內(nèi)。鎳氫電池具有較高的放電效率， 在放電起始階段其端電壓下降緩慢，在電池電量接近放盡時(shí)端電壓才開(kāi)始大幅度地下降，在放電過(guò)程中溫度對(duì)電池的影響不大。鋰離子動(dòng)力電池的工作電壓變化與放電深度存在著密切關(guān)系，其在恒流放電時(shí)，在放電初始階段電池工作電壓下降迅速，進(jìn)入線(xiàn)形下降區(qū)，在放電接近終止時(shí)，電池工作電壓開(kāi)始急劇下降。

2 充放電控制裝置有序用電的控制原理

家用電動(dòng)汽車(chē)充放電控制裝置的控制系統(tǒng)主要分為3層：控制中心、通訊層及現(xiàn)場(chǎng)終端，其控制架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車(chē)充放電控制架構(gòu)

控制中心MCU的主要功能是接受來(lái)自于通訊層的電網(wǎng)信息和電池狀態(tài)信息，并且通過(guò)邏輯判斷輸出控制命令，再通過(guò)通訊層將控制命令下發(fā)至終端。

通訊層由通訊通道構(gòu)成，主要有2個(gè)通道：一是國(guó)家電網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)所使用的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取是單向的，只可以從用電信息采集系統(tǒng)獲取用戶(hù)用電負(fù)荷信息及用戶(hù)所在臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷信息；二是外部互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程用Internet光纖網(wǎng)，本地用Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。通訊通道通道用于采集電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息，并下發(fā)控制命令，該通道是雙向通訊。

客戶(hù)終端為硬件部分。通過(guò)客戶(hù)終端將電網(wǎng)、負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)電池這3個(gè)部分連接起來(lái)，通過(guò)該終端來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電池的充電、放電、停止工作3種狀態(tài)。

3 控制中心

控制中心主要是數(shù)據(jù)管理、分析與命令下發(fā)的軟件部分，有3個(gè)方面的功能：

1) 電網(wǎng)負(fù)荷與電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的獲取。通過(guò)通訊層獲取來(lái)自用電信息采集系統(tǒng)的負(fù)荷信息和電動(dòng)汽車(chē)的電池狀態(tài)信息。

2) 有序用電邏輯控制。通過(guò)對(duì)采集的用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其處于尖、峰、平谷的哪個(gè)時(shí)段，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息，判斷電動(dòng)汽車(chē)電池此時(shí)該充電、放電或者停止工作。

3) 控制命令下發(fā)。通過(guò)有序用電邏輯進(jìn)行分析后，將得到的控制命令通過(guò)Wi-Fi下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)終端，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電池充電、放電或者停止工作的狀態(tài)。

3.1 控制邏輯分析

3.1.1 臺(tái)區(qū)嚴(yán)重缺電(負(fù)荷尖時(shí)段)

1) 找到該臺(tái)區(qū)“正在充電”電池，檢查其電量，如果電量大于80%，對(duì)其發(fā)指令：建議關(guān)閉充電并切換至為家庭負(fù)荷供電。每15 min檢測(cè)一次，直到電網(wǎng)負(fù)荷由尖峰轉(zhuǎn)降時(shí)發(fā)出指令：建議停止供給家庭負(fù)荷。

2) 找到該臺(tái)區(qū)“正在充電”電池，檢查其電量，如果電量小于80%，對(duì)其發(fā)指令：建議關(guān)閉充電。

3.1.2 臺(tái)區(qū)輕微缺電(負(fù)荷峰時(shí)段)

1) 找到該臺(tái)區(qū)“正在充電”電池，檢查其電量，如果電量大于80%，對(duì)其發(fā)指令：建議關(guān)閉充電。

2) 30 min以后，若電網(wǎng)負(fù)荷繼續(xù)增加，找到該臺(tái)區(qū)“正在充電”的電量大于50%的電池，對(duì)其發(fā)指令：建議關(guān)閉充電。

3.1.3 臺(tái)區(qū)用電量少(負(fù)荷平時(shí)段)：

1) 找到該臺(tái)區(qū)“正在用電”電池，對(duì)其發(fā)指令：建議停止供給家庭負(fù)荷。

2) 10 min后，找到該臺(tái)區(qū)“停用”電池，檢查其電量，如果電量小于50%，對(duì)其發(fā)指令：建議充電。

3.1.4 臺(tái)區(qū)電量大量富裕(負(fù)荷谷時(shí)段)：

找到該臺(tái)區(qū)“全部”電池，檢查其電量，如果電量小于100%，對(duì)其發(fā)指令：建議充電。

臺(tái)區(qū)內(nèi)所有電池的充放電順序是按電量的多少來(lái)進(jìn)行時(shí)間排序的。

3.2 控制邏輯數(shù)據(jù)編碼

通過(guò)對(duì)控制中心的控制邏輯分析進(jìn)行數(shù)據(jù)的邏輯編碼，如表1所示,其中b為電池電量。

表1 終端控制邏輯編碼

電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)的尖、峰、平、谷時(shí)段信息是通過(guò)用電信息采集系統(tǒng)動(dòng)態(tài)獲取的，也可手動(dòng)輸入。user1_gird_state表示用戶(hù)1所在區(qū)域的電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)信息，其他的以此類(lèi)推。電池電量信息以百分比的形式表示，分為5個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間通過(guò)與電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)信息進(jìn)行比較，得出終端控制邏輯.終端控制邏輯代碼解釋如下：

電池充電代號(hào)：1 In_OFF：0-電池充電關(guān)，In_ON：1-電池充電開(kāi)。

電池放電代號(hào)：2 Out_OFF：0-電池放電關(guān)，Out_ON：1-電池充電開(kāi)。

電網(wǎng)供電代號(hào)：3 Gird_OFF：0-電網(wǎng)供電關(guān)，Gird_ON：1-電網(wǎng)供電開(kāi)。

供電時(shí)序按照前后排列，其中第1個(gè)數(shù)字是用戶(hù)代號(hào)，后面每2位表示1個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，共有3個(gè)開(kāi)關(guān)。如1301021代碼解釋如下：用戶(hù)代號(hào)為1；第2、3位的30表示電網(wǎng)供電關(guān)；第4、5位的10代表電池充電關(guān)；第6、7位的21代表電池放電開(kāi)。

4 通訊層

通訊層用于接收電網(wǎng)和電池狀態(tài)信息，并下發(fā)控制命令，分別有內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)2個(gè)渠道，其通訊通道構(gòu)建如圖2所示。該部分主要有兩個(gè)功能：

1) 接收來(lái)自?xún)蓚€(gè)通道的3類(lèi)數(shù)據(jù)并上傳至控制中心MCU：① 通過(guò)國(guó)網(wǎng)內(nèi)部通道用電信息采集數(shù)據(jù)庫(kù)獲取單個(gè)用戶(hù)用電負(fù)荷信息、用戶(hù)所在整個(gè)臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷信息；② 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)(Internet+Wi-Fi)獲取電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息。

2) 將控制中心MCU處理后的控制命令下發(fā)至終端，控制充電、逆變輸出和電網(wǎng)直接供電開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)。

圖2 通訊通道構(gòu)建

4.1 用電信息采集系統(tǒng)：內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

通過(guò)用戶(hù)電能表獲取用戶(hù)用電負(fù)荷信息、臺(tái)區(qū)關(guān)口表獲取臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷信息，上傳至用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將這些數(shù)據(jù)上傳至控制中心。這些數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)完成，并且數(shù)據(jù)傳輸是單向的。表2為用電信息采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。

表2 用戶(hù)所在臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷信息

4.2 電池狀態(tài)信息：外網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息的采集一般是通過(guò)Internet完成的。由于目前的Wi-Fi普及率極高，且不用重新布線(xiàn)即可完成連接，因此本地采用了Wi-Fi進(jìn)行通訊。充放電裝置有自動(dòng)對(duì)接控制中心和手動(dòng)對(duì)接控制中心2種模式。當(dāng)處于手動(dòng)對(duì)接時(shí)，可根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行充放電控制；當(dāng)處于自動(dòng)對(duì)接模式時(shí)，充放電裝置需要與控制中心對(duì)接成功后才可控制電池充放電。表3為對(duì)接成功后控制中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)(Internet)讀取的數(shù)據(jù)。

表3 電動(dòng)汽車(chē)電池狀態(tài)信息采集

5 客戶(hù)終端

客戶(hù)終端主要由終端、電動(dòng)汽車(chē)電池、電網(wǎng)及負(fù)荷組成，其具體連接如圖3所示，其原理如圖4所示。終端通過(guò)接收控制中心下發(fā)的控制命令來(lái)控制電網(wǎng)儲(chǔ)能整流開(kāi)關(guān)、逆變輸出開(kāi)關(guān)以及直接供電輸出開(kāi)關(guān)的開(kāi)合。

圖3 客戶(hù)終端連接

圖4 客戶(hù)終端控制原理框圖

客戶(hù)終端連接電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)電池及家用負(fù)荷。其通過(guò)Wi-Fi接收來(lái)自控制中心的命令控制3個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)(3個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合相互閉鎖)，工作過(guò)程如下：

1) 當(dāng)K1閉合時(shí)(K2、K3斷開(kāi))，即電網(wǎng)給電動(dòng)汽車(chē)電池充電的開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)電網(wǎng)通過(guò)AC-in輸入，通過(guò)客戶(hù)終端的整流模塊給電動(dòng)汽車(chē)充電，此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)電池處于充電狀態(tài)；當(dāng)K1、K3閉合時(shí)(K2斷開(kāi))，此時(shí)電網(wǎng)通過(guò)AC-in輸入，通過(guò)客戶(hù)終端的整流模塊給電動(dòng)汽車(chē)充電。同時(shí)，K3閉合，給小負(fù)荷供電；否則K1斷開(kāi)，電動(dòng)汽車(chē)不充電。

2) 當(dāng)K2閉合時(shí)(K1、K3斷開(kāi))，即電動(dòng)汽車(chē)電池逆變輸出開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)電池通過(guò)客戶(hù)終端逆變模塊，由AC-out輸出工頻交流電，此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)處于逆變輸出狀態(tài)，可以供家庭負(fù)荷使用，也可以供其他需要充電的電動(dòng)汽車(chē)電池充電；否則，K2斷開(kāi)，電動(dòng)汽車(chē)電池不逆變輸出。

3) 當(dāng)K3閉合時(shí)(K1、K2斷開(kāi))，即電網(wǎng)直接輸出開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)家庭負(fù)荷由電網(wǎng)供電，不從電動(dòng)汽車(chē)電池取電，處于正常用電狀態(tài)。當(dāng)K1、K3閉合時(shí)(K2斷開(kāi))，此時(shí)電網(wǎng)通過(guò)AC-in輸入，通過(guò)客戶(hù)終端的整流模塊給電動(dòng)汽車(chē)充電。同時(shí)，K3閉合，給小負(fù)荷供電；否則，K3斷開(kāi)，電網(wǎng)不直接給負(fù)荷供電，應(yīng)由電動(dòng)汽車(chē)電池供電。

6 算例分析

本文所研制的家用電動(dòng)汽車(chē)充放控制電裝置已試制完成，圖5為實(shí)物。以下采用仿真分析及實(shí)際應(yīng)用2個(gè)角度分析其效果。

圖5 家用電動(dòng)汽車(chē)充放控制電裝置實(shí)物

6.1 仿真分析

在Matlab中搭建家用電動(dòng)汽車(chē)充放控制電裝置的模型，采用重慶市楊家坪某小區(qū)某日的實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)進(jìn)行仿真，配置電動(dòng)汽車(chē)滲透率為20%。仿真結(jié)果如圖6與圖7所示。

從圖6可以看出：當(dāng)采用本文所提出的控制邏輯時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷能夠在用電高峰時(shí)不充電甚至放電，而在用電低谷時(shí)進(jìn)行充電。圖7是該小區(qū)的負(fù)荷曲線(xiàn)，通過(guò)疊加這20%的電動(dòng)汽車(chē)電池負(fù)荷后，有序用電能有效削峰填谷，提高電能利用率。

圖6 電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷曲線(xiàn)

圖7 小區(qū)負(fù)荷曲線(xiàn)

6.2 實(shí)際應(yīng)用分析

實(shí)際上該小區(qū)的電動(dòng)汽車(chē)滲透率僅為8.7%，給每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)配置該充放電裝置，實(shí)際對(duì)比天氣、溫度等環(huán)境相似的相鄰2天的該小區(qū)負(fù)荷曲線(xiàn)，其中一天中用戶(hù)使用了該裝置，對(duì)比曲線(xiàn)如圖8所示。

圖8 有序和無(wú)序用電情況小區(qū)用電負(fù)荷曲線(xiàn)

從圖8可以看出：使用該家用電動(dòng)汽車(chē)充放控制電裝置后，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)電池負(fù)荷的有序用電，能夠?qū)崿F(xiàn)小區(qū)負(fù)荷削峰填谷、平抑負(fù)荷曲線(xiàn)波動(dòng)的作用，有效避免了電動(dòng)汽車(chē)電池?zé)o序用電時(shí)與小區(qū)常規(guī)負(fù)荷的峰段相互疊加。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種家用電動(dòng)汽車(chē)充放控制電裝置，通過(guò)該裝置的使用，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電池的有序充放電，達(dá)到用電負(fù)荷削峰填谷的作用。

該裝置可以實(shí)現(xiàn)在用電高峰時(shí)電動(dòng)汽車(chē)電池負(fù)荷不充電甚至逆變輸出供負(fù)荷使用，而在用電低谷時(shí)給電動(dòng)汽車(chē)電池充電，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電池有序用電，達(dá)到居民小區(qū)負(fù)荷移峰填谷的作用。

該裝置解決了居民自有充電樁建設(shè)困難的問(wèn)題。該裝置簡(jiǎn)單易實(shí)施，不需要重新布線(xiàn)建設(shè)充電樁。它可以通過(guò)Wi-Fi形式進(jìn)行通訊，并且充當(dāng)了充電樁的角色，是一種能與電網(wǎng)進(jìn)行友好互動(dòng)的新型充電樁。

未來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，其用電特性及充電樁建設(shè)問(wèn)題必給居民小區(qū)的供電帶來(lái)壓力。采用該裝置后，既可以解決居民自有充電樁建設(shè)問(wèn)題，也可以解決其有序用電問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)居民小區(qū)用電負(fù)荷移峰填谷，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2022)[EB/OL].[2014-06-28].http://www.gov.cn/zwgk/2012-07/09/content_2179032.html.

[2] 王建,吳奎華,劉志珍,等.電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響及有序控制研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,33(8):47-52.

[3] 王錫凡,邵成成,王秀麗,等.電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷與調(diào)度控制策略綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(1):1-10.

[4] 陳友媛，劉暢，楊雪,等.電動(dòng)汽車(chē)充放電對(duì)電力系統(tǒng)的影響綜述[J].電力信息與通信技術(shù)，2016，14(5):55-59.

[5] 和敬涵,謝毓毓,葉豪東,等.電動(dòng)汽車(chē)充電模式對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響[J].電力建設(shè),2015,36(1):97-102.

[6] ZHONG X T,CRUDEN A,INFIELD D,et al.Assessment of vehicle to grid power as power system support[C]// Proceedings of the 44th International Universities Power Engineering Conference.2009:1-5.

[7] 韓笑.電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響研究[D].北京：首都師范大學(xué),2014.

[8] 王姝凝,楊少兵.居民小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷有序控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2016(4):71-77.

[9] 蘇海鋒,梁志瑞.基于峰谷電價(jià)的家用電動(dòng)汽車(chē)居民小區(qū)有序充電控制方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2015,35(6):17-22.

[10]LIU H,ZENG P,GUO J,et al.An optimization strategy of controlled electric vehicle charging considering demand side response and regional wind and photovoltaic[J].Journal of Modern Power Systems and Clean Energy,2015,3(2):232-239.

[11]徐智威,胡澤春,宋永華，等.基于動(dòng)態(tài)分時(shí)電價(jià)的電動(dòng)汽車(chē)充電站有序充電策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(22):3638-3646.

[12]蘇粟,孫曉明,羅敏，等.面向局域配電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)充電控制系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2014,34(2):19-23,29.

(責(zé)任編輯 劉 舸)

Researches on the Charging and Discharging Controlling Device of Electric Vehicles Based on the Grid Load Information

QING Zhi-ming1, ZHANG Hong-yan1, LIU Hua-long2, HU Jun-yi3, FU Wang1, ZHOU Shi-wei1, ZHOU Fei1

(1.Training Center of Skills, Chongqing Electric Power Company, State Grid of China, Jiulongpo District, Chongqing 400053, China; 2. Nan’an District Power Supply Branch Company, Chongqing Electric Power Company, State Grid of China, Chongqing 401336, China; 3.Marketing Department, Chongqing Electric Power Company, State Grid of China, Chongqing 400010, China)

In allusion to the construction difficulties of the residents’ own charging pole and the problem of the power grid peak-valley difference intensified by the disorder charging of the electric vehicles, a kind of home electric vehicle charging and discharging controlling device is developed in the paper. The users’ load information acquired by the electricity information collection system, the users’ transformer load information, as well as the battery status information of the electric vehicles are analyzed through the control center of the device, and then the logic control of the order electricity using is done. Controlling orders are transmitted by the Internet or Wi-Fi, thus the electric vehicles can be recharged when the electricity using is trough, and try not to charge or output the electricity for when the electricity using peak through inverting. Matlab simulation and practical application demonstrate that this device can adjust the peak-valley load difference of the distribution network effectively.

electric vehicle; control strategy; charge-discharge device; orderly power utility; peak-valley difference

2016-12-22 基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)科技項(xiàng)目(20KJ040301D2006520160000)

青志明(1961—)，男，碩士，高級(jí)雙師型教師，主要從事電力負(fù)荷研究，E-mail:1397440776@qq.com。

青志明，張宏艷，劉化龍，等.基于電網(wǎng)負(fù)荷信息的電動(dòng)汽車(chē)充放電控制裝置研制[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(5):14-21.

format：QING Zhi-ming, ZHANG Hong-yan, LIU Hua-long,et al.Researches on the Charging and Discharging Controlling Device of Electric Vehicles Based on the Grid Load Information[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(5):14-21.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.05.003

TM910.6;U469.72

A

1674-8425(2017)05-0014-08