馮培磊 董治全 徐天奇 李 琰 劉曉欣

（1. 云南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，昆明 650500；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100）

電動(dòng)汽車入網(wǎng)控制策略研究綜述

馮培磊1董治全1徐天奇1李 琰1劉曉欣2

（1. 云南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，昆明 650500；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100）

隨著電動(dòng)汽車大規(guī)模普及，電動(dòng)汽車入網(wǎng)在時(shí)空上的不確定性問(wèn)題將會(huì)凸顯。針對(duì)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀，采用控制策略使大量電動(dòng)汽車有序接入電網(wǎng)成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，大量研究表明電動(dòng)汽車有序入網(wǎng)要比無(wú)序入網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響要小很多。本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)控制策略進(jìn)行對(duì)比分析總結(jié)，提出了控制策略中的不足并進(jìn)一步進(jìn)行深入分析，為后續(xù)電動(dòng)汽車入網(wǎng)控制策略提供了可靠性參考意見(jiàn)。

電動(dòng)汽車；入網(wǎng)；控制策略

傳統(tǒng)汽車尾氣的排放給空氣帶來(lái)影響，各國(guó)政府在新技術(shù)開(kāi)發(fā)方面高度重視。電動(dòng)汽車（Electric Vehicle）將清潔電能轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)能，在人們長(zhǎng)期的使用過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)碳的零排放[1]。中國(guó)人口基數(shù)大城市化進(jìn)程加快為 EV的推廣提供了契機(jī)。雖然接入電力系統(tǒng)可以有效降低CO2的排放總量[2]，可是目前面臨很多技術(shù)瓶頸問(wèn)題[3]。無(wú)線充電技術(shù)[4-5]和智能充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[6]將成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

充電站運(yùn)營(yíng)商通過(guò)對(duì)EV荷電狀態(tài)信息采集[7]，在滿足客戶需求和配電變壓器不過(guò)負(fù)荷條件下最大程度達(dá)到削峰填谷的效果。對(duì)峰谷電價(jià)的定價(jià)措施使 EV合理充電，達(dá)到電網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商和客戶共贏的目的。通過(guò)對(duì) EV有序接入和無(wú)序接入電網(wǎng)的結(jié)果分析動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的響應(yīng)分時(shí)電價(jià)，可以明顯提高電動(dòng)汽車充電站的盈利水平[8]。采用分時(shí)電價(jià)的同時(shí)可能會(huì)引發(fā)新的問(wèn)題，夜間 EV充電的電價(jià)比較低，大規(guī)模的 EV同時(shí)有序接入的充電樁，可能引起用電高峰出現(xiàn)并且減小配電變壓器的使用年限。通過(guò)建立了EV用戶響應(yīng)和校正下的峰谷分時(shí)電價(jià)模型[9]，在不同的地區(qū)針對(duì)峰谷電價(jià)的實(shí)施情況也不一樣，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況來(lái)去定價(jià)。

前期控制策略研究主要是集中式控制[10-13]，EV接入微電網(wǎng)充分利用清潔能源，可以提高微電網(wǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益[14]。分層分區(qū)調(diào)度策略控制優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯[15]。以實(shí)時(shí)電價(jià)為背景實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)與供電側(cè)的雙贏[16]，對(duì)于特定車型在滿荷電狀態(tài)條件下，最大的行駛里程也是固定的。采用馬爾科夫鏈型與Dijkstra算法量化EV充電需求點(diǎn)時(shí)空分布情況[17]。提出充電控制策略方案的在線應(yīng)用[18]，通過(guò)控制器控制住宅區(qū)負(fù)荷值小于設(shè)定功率限值，在滿足 EV充電條件下最大程度利用低谷時(shí)段充電。分層控制的方案簡(jiǎn)單易于擴(kuò)展，對(duì)大量 EV入網(wǎng)控制比較實(shí)用[19-20]。為解決 EV無(wú)序入網(wǎng)充電引發(fā)的“峰上加峰”的問(wèn)題，合理的調(diào)動(dòng) EV用戶有序充電是有必要的[21]。EV入網(wǎng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)整體規(guī)劃、運(yùn)行方式和充放電的利用與控制等方面進(jìn)行論證[22]。當(dāng)前關(guān)于V2G的控制策略理論研究中發(fā)現(xiàn)EV用戶對(duì)調(diào)度模式的響應(yīng)度比較低，很難在市場(chǎng)上大規(guī)模的推廣應(yīng)用。深入分析放電優(yōu)缺點(diǎn)[23]，制定了放電價(jià)格的范圍，并以京津唐電網(wǎng)的實(shí)際情況分析得出V2G模式的實(shí)施可以降低電網(wǎng)的日負(fù)荷方差使用戶受益。EV可以在電網(wǎng)高峰時(shí)段作為電源對(duì)電網(wǎng)供電，在電網(wǎng)低谷時(shí)段作為負(fù)荷從電網(wǎng)獲取電能，電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)具有一定的實(shí)際意義[24]。文獻(xiàn)[25]以快速充電站為背景，通過(guò)制定峰谷、峰平、谷平時(shí)段的充電價(jià)格，用戶根據(jù) EV的荷電狀態(tài)合理的選擇充電起始時(shí)間減小充電成本。根據(jù)公交車的運(yùn)行規(guī)律將快速充電成本最低為目標(biāo)[26]，通過(guò)對(duì)入網(wǎng)時(shí)間有效控制減小負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的影響。通過(guò)對(duì)上層模型節(jié)點(diǎn)阻塞電價(jià)的求解去優(yōu)化下層的 EV充電負(fù)荷[27]，上下雙層互聯(lián)可以提高電網(wǎng)和用戶之間的雙向通信有利于EV的調(diào)度。EV入網(wǎng)控制策略就是要通過(guò)一些措施或者方案使電動(dòng)汽車有序接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)最小、運(yùn)營(yíng)商與電動(dòng)汽車用戶獲取經(jīng)濟(jì)利益最大化。

1 EV接入對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

文獻(xiàn)[28]EV可以當(dāng)做分布式電源的一種為電網(wǎng)提供反方向服務(wù)，同時(shí)可以減少基礎(chǔ)設(shè)建設(shè)的投資提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，EV每天的行駛時(shí)長(zhǎng)接近3個(gè)小時(shí)，多數(shù)時(shí)間EV都處于閑置的狀況。EV可以為基本負(fù)荷和高峰負(fù)荷段時(shí)間提供電能。大規(guī)模的EV可以作為移動(dòng)備用電源靈活使用。當(dāng)一定數(shù)量的EV作為負(fù)荷接入會(huì)對(duì)系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，會(huì)改變接入點(diǎn)的日負(fù)荷曲線降低峰谷差達(dá)到削峰填谷的作用。特別是 EV夜間大規(guī)模入網(wǎng)使配電網(wǎng)功率增大，需要重新考慮需求側(cè)的管理。文獻(xiàn)[29]EV作為新增負(fù)荷在一定程度上改變配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，充電行為的不確定性會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定和效益帶來(lái)嚴(yán)重的影響。如果不能合理的控制充電負(fù)荷，就可能引起短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷上升。文獻(xiàn)[22]充電負(fù)荷具有很大的隨機(jī)性，增加了配電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜程度。對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響如圖1所示。

圖1 EV接入對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

2 EV入網(wǎng)影響因素?cái)?shù)學(xué)模型

文獻(xiàn)[30]將一天中 EV的第一次出行時(shí)刻和最后一次出行結(jié)束時(shí)刻近似表示為正態(tài)分布函數(shù)，每天行駛路程近似為對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)密度函數(shù)，具體結(jié)果如下。

第一次出行開(kāi)始時(shí)刻的正態(tài)分布函數(shù)為

式中，us=8.92；σs=3.24。

最后一次出行完成時(shí)刻對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)為

式中，ue=17.47；σs=3.41。

文獻(xiàn)[31]日行駛里程的概率密度函數(shù)為

式中，um=2.98；σm=1.14。

通過(guò)對(duì)居民用戶一天當(dāng)中第一次出行時(shí)刻和最后一次出行結(jié)束時(shí)刻可以統(tǒng)計(jì)出 EV用戶的出行規(guī)律。通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行函數(shù)擬合可以預(yù)測(cè)未來(lái)最近一段時(shí)間電動(dòng)汽車的運(yùn)行規(guī)律，對(duì)于充電站運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)可以合理的安排入網(wǎng)充電的時(shí)間點(diǎn)避免了大規(guī)模集中接入的情況。通過(guò)對(duì)日行駛里程的概率密度分析汽車荷電狀態(tài)，充電站運(yùn)營(yíng)商根據(jù)充電功率合理安排電動(dòng)車的充電時(shí)間。

3 充電價(jià)格的不同標(biāo)準(zhǔn)

3.1 EV充電定價(jià)模型原理

客戶對(duì)價(jià)格有很小的可覺(jué)差范圍。在很小的價(jià)格尺度內(nèi)，用戶基本沒(méi)有反應(yīng)。當(dāng)超過(guò)最小差別閾值，用戶對(duì)價(jià)格的響應(yīng)呈線性關(guān)系。用戶對(duì)價(jià)格的反應(yīng)也有一個(gè)滿足值，當(dāng)大于這個(gè)恒定值客戶對(duì)價(jià)格失去響應(yīng)。要想使用戶從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移至低谷時(shí)段充電價(jià)格的調(diào)整應(yīng)該在線性區(qū)的變化范圍內(nèi)刺激EV用戶。文獻(xiàn)[9]定義EV對(duì)價(jià)格變化下的積極性轉(zhuǎn)移用分時(shí)電價(jià)措施執(zhí)行后從充電價(jià)格較高時(shí)間段轉(zhuǎn)移人數(shù)與原來(lái)人數(shù)的比值。峰谷模式下分時(shí)電價(jià)模型中橫坐標(biāo)為峰谷時(shí)段的電價(jià)差，縱坐標(biāo)為峰谷時(shí)間段轉(zhuǎn)移用戶的百分比即用戶的響應(yīng)度。A、B分別表示死區(qū)拐點(diǎn)、飽和區(qū)拐點(diǎn)。峰谷模式下用戶價(jià)格響應(yīng)曲線如圖2所示。

圖2 峰谷模式下用戶價(jià)格響應(yīng)曲線

響應(yīng)模型表達(dá)式為

式中，ΔCpv,1為死區(qū)閾值為充電峰谷時(shí)間段用戶開(kāi)始對(duì)峰谷充電價(jià)格差值有反應(yīng)；ΔCpv,2表示飽和區(qū)閾值為充電的峰谷時(shí)段用戶對(duì)峰谷電價(jià)差值不再有響應(yīng)的；αpv,max為用戶轉(zhuǎn)移數(shù)量百分比的飽和值；kpv表示充電峰谷時(shí)間段價(jià)反應(yīng)曲線的斜率。

3.2 電動(dòng)汽車充電電價(jià)模型

1）基于節(jié)點(diǎn)阻塞電價(jià)的定價(jià)模型1

文獻(xiàn)[27]通過(guò)拉格朗日乘子與功率傳輸分布因子求解節(jié)點(diǎn)的邊際電價(jià)，將分時(shí)電價(jià)與變化的阻塞電價(jià)之和作為電動(dòng)汽車用戶的充電電價(jià)。

直流潮流條件下為獲得利潤(rùn)最大：

式中，Ci(PGi)為節(jié)點(diǎn)i機(jī)組的購(gòu)電費(fèi)用函數(shù)；ai、bi、ci分別為機(jī)組的購(gòu)電費(fèi)用系數(shù)。

直流最優(yōu)潮流求解的拉格朗日表達(dá)式為

式中，F(xiàn)k-i=ΔPk/ΔPi；ΔPk為支路 k功率變化量；ΔPi為節(jié)點(diǎn)i注入功率變化量為；M支路數(shù)目；δ 為均衡條件的拉格朗日乘子；PGi表示機(jī)組出力。

則節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)為

節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)的阻塞電價(jià)為

即某一時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)電價(jià)πi,t為

2）分時(shí)電價(jià)定價(jià)模型2

文獻(xiàn)[25]提出分時(shí)充電價(jià)格的定價(jià)方法，可以引導(dǎo)汽車有序接入的同時(shí)減少運(yùn)營(yíng)商購(gòu)電和用戶充電費(fèi)用。運(yùn)營(yíng)商購(gòu)電成本最低獲取計(jì)劃充電負(fù)荷曲線，用實(shí)際充電負(fù)荷與目標(biāo)計(jì)劃負(fù)荷偏差值思考用戶的反應(yīng)度。引領(lǐng)后各時(shí)間段實(shí)際充電負(fù)荷與目標(biāo)計(jì)劃負(fù)荷方差值最小為目標(biāo)，即

運(yùn)營(yíng)商向用戶收取電網(wǎng)電費(fèi)和服務(wù)費(fèi)用。則引導(dǎo)后的運(yùn)營(yíng)商向EV用戶收取的費(fèi)用為

式中，Cchg,i運(yùn)營(yíng)商收取的總費(fèi)用；Cgrid,i電網(wǎng)電費(fèi)；運(yùn)營(yíng)商服務(wù)費(fèi)用。

3）實(shí)時(shí)電價(jià)定價(jià)模型3

文獻(xiàn)[32]電價(jià)和負(fù)荷需求關(guān)系可以分段線性化，第一部分為基本電價(jià)，第二部分為用戶對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的響應(yīng)電價(jià)，當(dāng)季節(jié)變化對(duì)電價(jià)波動(dòng)影響比較小，文獻(xiàn)[33]電價(jià)與負(fù)荷的關(guān)系為

3.3 定價(jià)模型綜合評(píng)價(jià)

電價(jià)的定價(jià)方式可以通過(guò)對(duì)用戶的消費(fèi)產(chǎn)生刺激實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的跨時(shí)空轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定。不同的定價(jià)方式與EV的區(qū)域性行駛規(guī)律有關(guān)。

定價(jià)模型1將分時(shí)電價(jià)與浮動(dòng)阻塞電價(jià)之和作為充電電價(jià)可以動(dòng)態(tài)的反應(yīng)電價(jià)變化。當(dāng)沒(méi)有阻塞發(fā)生，充電電價(jià)即分時(shí)電價(jià)；當(dāng)阻塞發(fā)生的條件下要將阻塞和分時(shí)電價(jià)考慮在內(nèi)。節(jié)點(diǎn)阻塞電價(jià)模型能夠在合適的范圍內(nèi)減少高峰時(shí)段的負(fù)荷，避免了線路潮流越限的情況，在一定程度上減少電網(wǎng)阻塞現(xiàn)象發(fā)生的概率。通過(guò)用戶對(duì)節(jié)點(diǎn)阻塞電價(jià)一定程度的響應(yīng)可減少充電費(fèi)用獲得收益。定價(jià)模型1與定價(jià)模型3都是在基本的分時(shí)電價(jià)基礎(chǔ)上與負(fù)荷波動(dòng)產(chǎn)生的電價(jià)的疊加和來(lái)去定價(jià)。模型2分時(shí)電價(jià)可以對(duì)充電行為進(jìn)行指導(dǎo)，減少運(yùn)營(yíng)商從電網(wǎng)購(gòu)電的成本。通過(guò)入網(wǎng)時(shí)間的調(diào)控可以讓運(yùn)營(yíng)商的購(gòu)電成本和用戶的充電費(fèi)用減少。充電負(fù)荷的峰谷差率減小有益于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。提出的模型2僅僅適用于公司和居民區(qū)停車場(chǎng)等集中充電站的優(yōu)化控制，相對(duì)于分散的小型充電站有待深入分析。相對(duì)于模型2來(lái)說(shuō)，模型3實(shí)時(shí)電價(jià)在電網(wǎng)側(cè)可以減少峰谷差在用戶側(cè)可以合理安排充放電計(jì)劃，當(dāng) EV作為負(fù)荷充放電后會(huì)產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生新的充電電價(jià)可以體現(xiàn)出負(fù)荷變化與電價(jià)之間的關(guān)系。負(fù)荷與電價(jià)呈正相關(guān)，實(shí)時(shí)電價(jià)的實(shí)施讓負(fù)荷跨時(shí)段轉(zhuǎn)移。將電價(jià)曲線進(jìn)行一階泰勒公式展開(kāi)可以使峰谷差減少并沒(méi)有完全抑制電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)。運(yùn)營(yíng)商的選取應(yīng)該符合地域的實(shí)際情況，否則產(chǎn)生很大誤差。

4 EV控制策略分析

4.1 EV充電負(fù)荷模型

文獻(xiàn)[34]EV作為新興的負(fù)荷可以靈活調(diào)控：假設(shè)第k量EV的入網(wǎng)時(shí)間是，入網(wǎng)時(shí)用戶的電池荷電為，用戶預(yù)計(jì)時(shí)間是，并且要求離網(wǎng) 時(shí)刻電池SOC必須滿足；電動(dòng)汽車k的能量需求 E為

式中，為電動(dòng)汽車 k的電池容量；Lk為電動(dòng)汽車的充電效率。

EV的充電時(shí)間為

在分析EV充電時(shí)假設(shè)以平均功率充電：

模型存在的問(wèn)題是上下邊界值的問(wèn)題，如果設(shè)置不恰當(dāng)，就可能會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)汽車離開(kāi)電網(wǎng)時(shí)，電池的充電需求沒(méi)有達(dá)到用戶期望值的情況。還應(yīng)該設(shè)置一種應(yīng)急機(jī)制，當(dāng)充電用戶臨時(shí)有事需要離開(kāi)時(shí)，用戶沒(méi)有按照提前設(shè)定的充電時(shí)間完成充電需要對(duì)充電費(fèi)用在一定的范圍內(nèi)微調(diào)。

4.2 相關(guān)控制策略模型

1）策略一

文獻(xiàn)[8]建立充電站有序充電的控制模型根據(jù)變壓器的以往負(fù)荷數(shù)值預(yù)測(cè)當(dāng)日 96點(diǎn)常規(guī)負(fù)荷曲線，時(shí)間間隔取值 15min。在配電變壓器不超載和最大程度滿足客戶要求為條件，運(yùn)營(yíng)商獲取最大利益建立目標(biāo)函數(shù)，即

式中，cj充電站從電網(wǎng)的購(gòu)電電價(jià)；pj運(yùn)營(yíng)商向用戶收取的電價(jià)；j表示運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)控制的時(shí)間段數(shù)；Snj為從當(dāng)前時(shí)間算起第 j個(gè)時(shí)段上充電機(jī) i的泊車狀況；Cnj為第n個(gè)充電機(jī)以當(dāng)前時(shí)刻為起始點(diǎn)的第j個(gè)時(shí)間段的控制決策。

2）策略二

文獻(xiàn)[2]將低碳的概念考慮在內(nèi)，以機(jī)組發(fā)電成本和CO2排放量的收取費(fèi)用和運(yùn)行商補(bǔ)貼費(fèi)用最低為目的。建立函數(shù)，即

式中，Cp為發(fā)電機(jī)能耗成本；Cc為CO2排放費(fèi)用；CEV為服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用。

3）策略三

文獻(xiàn)[1]首先優(yōu)化目標(biāo)為系統(tǒng)總負(fù)荷的削峰填谷：

式中，Gi,t、Di,t和Wi,t分別為i級(jí)控制中心t時(shí)刻EV指導(dǎo)負(fù)荷、總常規(guī)負(fù)荷與新能源出力；Ω代表控制中心集合。

EV總負(fù)荷曲線與負(fù)荷指導(dǎo)曲線的歐式距離最小：

式中，Pt為t時(shí)刻EV總充電負(fù)荷，Gt為控制中心負(fù)荷指導(dǎo)曲線t時(shí)刻的分量。

4）策略四

文獻(xiàn)[25]為了讓運(yùn)營(yíng)商獲利最大，最大程度轉(zhuǎn)移到電價(jià)相對(duì)較低的低谷時(shí)段，建立目標(biāo)函數(shù)為

式中，Z1為當(dāng)日購(gòu)電成本，n為EV一天內(nèi)充電時(shí)間段總數(shù)取值為24；表示第i時(shí)段充電目標(biāo)負(fù)荷；Δti表示第i時(shí)段充電時(shí)長(zhǎng)；Cgrid,i表示第i時(shí)段分時(shí)電價(jià)。

以引導(dǎo)后各時(shí)段充電負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷方差最小，其函數(shù)表達(dá)式為

5）策略五

文獻(xiàn)[21]同時(shí)將電網(wǎng)和用戶的收益考慮在內(nèi)，在 EV可向電網(wǎng)饋電條件下，選取電網(wǎng)負(fù)荷均方差與用戶成本做為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。負(fù)荷均方差可以反應(yīng)出電網(wǎng)是否穩(wěn)定，一天分為 24個(gè)時(shí)段，每輛EV在任意時(shí)段的充放電功率為控制變量，即

式中，PLj代表不含EV負(fù)荷的原電網(wǎng)j時(shí)間段功率；Pij代表電動(dòng)汽車i在j時(shí)刻的功率；Pavr為調(diào)度后的日平均負(fù)荷；n表示電動(dòng)汽車數(shù)量。

考慮分時(shí)電價(jià)下用戶成本最低，即

式中，Sj代表電網(wǎng)在j時(shí)刻的電價(jià)。

6）策略六

文獻(xiàn)[15]在上層模型中優(yōu)化各運(yùn)營(yíng)商在不同時(shí)間段的調(diào)度規(guī)劃，使系統(tǒng)在研究的時(shí)間內(nèi)總負(fù)荷水平的方差最小，可以在一定程度實(shí)現(xiàn)削峰填谷。

上層目標(biāo)函數(shù)包括兩項(xiàng)：第一項(xiàng)為體系內(nèi)總負(fù)荷的水平方差，第二項(xiàng)為基層各運(yùn)營(yíng)商實(shí)際調(diào)度情況與系統(tǒng)具體的調(diào)度規(guī)劃情況偏差之和最小。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，即

式中，T為動(dòng)態(tài)調(diào)度周期中包含的時(shí)間段數(shù)；Pd,t為時(shí)間t除充放電負(fù)荷出力之外的其他負(fù)荷；為T(mén)個(gè)時(shí)段內(nèi)的系統(tǒng)平均負(fù)荷；xk,t為代理商k在t時(shí)段的的調(diào)度計(jì)劃；N0系統(tǒng)中所包含的代理商個(gè)數(shù)；θ 為懲罰系數(shù)；Xk為系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)制定代理商k在各時(shí)段的調(diào)度計(jì)劃；Yk為代理商k制定管轄EV每個(gè)時(shí)段的充放電策略；yk,1,t=1和 yk,1,t=-1分別表示其出狀態(tài)為充電和放電；nk為代理商 k所管轄的電動(dòng)汽車數(shù)量。

在下層模型中，各代理商通過(guò)對(duì)所屬范圍內(nèi)的EV各時(shí)段充放電狀態(tài)的控制，使代理商實(shí)際負(fù)荷與調(diào)度計(jì)劃的偏差最小化。對(duì)于第k個(gè)代理商，其目標(biāo)函數(shù)可表示為

式中，Pk,m,t為屬于代理商k的第m輛電動(dòng)汽車實(shí)際調(diào)度結(jié)果。

7）策略七

文獻(xiàn)[7]設(shè)站內(nèi)第 i（i=1,2,3,…,N）號(hào)充電機(jī)的額定功率為Pi，系統(tǒng)每15min更新?tīng)顟B(tài)。在15min內(nèi)，對(duì)于接入的第i號(hào)充電機(jī)的汽車，其充電至狀態(tài)需要的充電時(shí)間段數(shù)量為Ji。

式中，Δt為一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度取15min；γ 為充電機(jī)的充電效率。

以15min為間隔的電網(wǎng)負(fù)荷LN,j（j=1,2,…,96）；LN,1為零時(shí)刻的電網(wǎng)負(fù)荷。所有參加V2G的充電總負(fù)荷為L(zhǎng)C,j(共96個(gè)點(diǎn))，放電總負(fù)荷為L(zhǎng)D,j。

將電網(wǎng)公司負(fù)荷數(shù)值與汽車充放電負(fù)荷數(shù)值疊加：

以電網(wǎng)總負(fù)荷方差值最小反映負(fù)荷的波動(dòng)情況，建立函數(shù)如下：

式中，LN,i電網(wǎng)日負(fù)荷；LC,i電動(dòng)汽車充電總負(fù)荷；LD,i放電總負(fù)荷；LN,j、LC,j、LD,j為對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)負(fù)荷。

4.3 綜合評(píng)價(jià)分析

為了使 EV有序接入電網(wǎng)，針對(duì)于特定的實(shí)際情況中會(huì)采取不同的優(yōu)化控制策略。EV將成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。控制策略按照控制目標(biāo)來(lái)分可以分為單目標(biāo)和多目標(biāo)控制策略，對(duì)于 EV入網(wǎng)控制策略來(lái)說(shuō)也就是研究電網(wǎng)公司、充電站運(yùn)行商和用戶之間的關(guān)系。優(yōu)化目標(biāo)主要有電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的方差最小，充電站運(yùn)營(yíng)商受益最大和用戶的充電成本最低。

控制策略一與控制策略七為單目標(biāo)優(yōu)化控制策略都是采用96點(diǎn)負(fù)荷曲線進(jìn)行研究，控制策略一重點(diǎn)研究運(yùn)營(yíng)商獲益最大的策略。存在的問(wèn)題是采用不同的時(shí)間間隔應(yīng)該依據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況合理設(shè)置。時(shí)間間隔的確定要根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在夜間谷時(shí)段，電價(jià)相對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)較低，運(yùn)營(yíng)商為了追逐利益最大化，充電站集中大規(guī)模的汽車充電可能導(dǎo)致局部高峰現(xiàn)象的出現(xiàn)。在客戶緊急需求的條件下，在很短時(shí)間限內(nèi)為用戶提供 EV提供很多電能，充電站內(nèi)不能滿足要求出現(xiàn)客戶離開(kāi)的情況。在求解優(yōu)化時(shí)不存在解。在某些情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單分時(shí)電價(jià)定價(jià)調(diào)節(jié)不能解決局部峰谷差現(xiàn)象。單目標(biāo)優(yōu)化控制策略雖然使其獲益最大，并不能保證電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的穩(wěn)定，在某些情況下也不能滿足用戶需求。

控制策略二將低碳理念引入控制策略并且建立了一定的懲罰措施。在策略二中運(yùn)營(yíng)商作為電網(wǎng)與電動(dòng)汽車的媒介，實(shí)現(xiàn)信息與電能互動(dòng)。相對(duì)于傳統(tǒng)負(fù)荷，EV具備儲(chǔ)能特點(diǎn)可以在G2V和V2G兩種形式下運(yùn)行。在CDM（clean development mechanism）市場(chǎng)條件下，CO2排放量對(duì)于發(fā)電主體來(lái)說(shuō)具有一定標(biāo)準(zhǔn)尺度。EV通過(guò)充電樁獲取電能的同時(shí)增加了CO2排放量。EV替代傳統(tǒng)耗油汽車將CO2從交通轉(zhuǎn)移到電力行業(yè)。雖然減少了CO2的排放量可是增加了發(fā)電成本。

控制策略四、策略五和策略七都是以分時(shí)電價(jià)為依據(jù)，策略四以運(yùn)營(yíng)商購(gòu)電成本最小確定目標(biāo)負(fù)荷曲線，用引導(dǎo)后的實(shí)際充電負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷方差最小為目標(biāo)作為電網(wǎng)是否穩(wěn)定的判據(jù)。策略五針對(duì)電動(dòng)汽車調(diào)度機(jī)構(gòu)建立計(jì)及電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)及用戶成本的多目標(biāo)優(yōu)化模型。兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)相互影響，不同分時(shí)電價(jià)改變峰谷電價(jià)差值和負(fù)荷方差值不一樣、用戶的充電成本也不相同。在考慮用戶成本條件下，如何合理的選擇分時(shí)電價(jià)，使峰谷差值和負(fù)荷均方差值減小值的研究。權(quán)重因子體現(xiàn)了各目標(biāo)函數(shù)所占比重，其選擇將直接影響優(yōu)化結(jié)果，調(diào)度策略下在高價(jià)差和高均值且含尖峰分時(shí)電價(jià)下對(duì)調(diào)峰顯著，可是會(huì)帶來(lái)客戶投資成本的增加。想達(dá)到綜合最優(yōu)要將合理的定價(jià)機(jī)制與權(quán)重分配考慮在內(nèi)。

策略三與策略六都采用了分層的控制方法，分層控制策略具有比較好的擴(kuò)展性，因地制宜結(jié)合各種調(diào)控方案，實(shí)現(xiàn)下級(jí)中心負(fù)荷緊跟計(jì)劃目標(biāo)負(fù)荷協(xié)同上級(jí)中心的削峰填谷優(yōu)化。實(shí)行 EV有序充電負(fù)荷跟隨的方案作為下級(jí)中心控制策略嵌入分層策略中，該控制策略可以根據(jù)電動(dòng)汽車運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行架構(gòu)的擴(kuò)展，也可以深入分析 EV反送電的分層控制策略。

5 結(jié)論

EV作為新興負(fù)荷接入給電網(wǎng)穩(wěn)定帶來(lái)影響，EV有序接入電網(wǎng)充電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響相對(duì)比較小。電網(wǎng)公司的要求是電力系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng)最小，EV運(yùn)營(yíng)商的目的是購(gòu)電成本最小，在國(guó)家政策的控制下通過(guò)充電價(jià)格制定獲取一定的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)分析在充電價(jià)格變化范圍內(nèi)，大量研究表明有效的控制策略可以讓電網(wǎng)公司、充電站運(yùn)營(yíng)商和EV用戶共贏。在分析多目標(biāo)優(yōu)化控制時(shí)重點(diǎn)考慮權(quán)重分配問(wèn)題。隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的巨增，大量電池的回收利用和充電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)將成為下一步研究的熱點(diǎn)。

[1] 占愷嶠, 胡澤春, 宋永華, 等. 含新能源接入的電動(dòng)汽車有序充電分層控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016,397(12)： 3689-3695.

[2] 婁素華, 張立靜, 吳耀武, 等. 低碳經(jīng)濟(jì)下電動(dòng)汽車集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(5)： 176-183.

[3] 吳奇珂, 程帆, 陳昕儒. 電能替代"戰(zhàn)略中電動(dòng)汽車的推廣潛力及經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(9)：88-92.

[4] 趙爭(zhēng)鳴, 劉方, 陳凱楠. 電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)研究綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 31(20)： 30-40.

[5] 鄭心城, 陳為. 電動(dòng)汽車無(wú)線充電的磁耦合結(jié)構(gòu)綜述[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(4)： 15-92.

[6] 戴詠夏. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池運(yùn)維精益化管理探索與實(shí)踐[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(3)： 120-122.

[7] 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.

[8] 徐智威, 胡澤春, 宋永華, 等. 充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 36(11)：38-43.

[9] 阮文駿, 王蓓蓓, 李揚(yáng), 等. 峰谷分時(shí)電價(jià)下的用戶響應(yīng)行為研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012(7)： 86-93.

[10] 李秋碩, 肖湘寧, 郭靜, 等. 電動(dòng)汽車有序充電方法研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(12)： 32-38.

[11] 孫波, 廖強(qiáng)強(qiáng), 謝品杰, 等. 車電互聯(lián)削峰填谷的經(jīng)濟(jì)成本效益分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(10)： 30-34.

[12] 占愷嶠, 宋永華, 胡澤春, 等. 以降損為目標(biāo)的電動(dòng)汽車有序充電優(yōu)化[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012,32(31)： 11-18.

[13] 宮鑫, 林濤, 蘇秉華. 插電式混合電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(11)： 30-35.

[14] 趙興勇, 王帥, 吳新華, 等. 含分布式電源和電動(dòng)汽車的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016,40(12)： 3732-3740.

[15] 姚偉鋒, 趙俊華, 文福拴, 等. 基于雙層優(yōu)化的電動(dòng)汽車充放電調(diào)度策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012,36(11)： 30-37.

[16] 鄒文, 吳福保, 劉志宏. 實(shí)時(shí)電價(jià)下插電式混合動(dòng)力汽車智能集中充電策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011, 35(14)： 62-67.

[17] 舒雋, 唐剛, 韓冰. 電動(dòng)汽車充電站最優(yōu)規(guī)劃的兩階段方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(3)： 10-17.

[18] 齊先軍, 李冬偉, 紀(jì)姝彥. 采用功率限制的住宅區(qū)電動(dòng)汽車有序充電控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016,40(12)： 3715-3721.

[19] Xu Zhiwei, Su Wencong, Hu Zechun, et al. A hierarchical framework for coordinated charging of Plug-In electric vehicles in China[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, 7(1)： 428-438.

[20] 唐佳, 高爽, 王丹, 等. 入網(wǎng)電動(dòng)汽車集群的分層控制方法[J]. 電力建設(shè), 2015, 36(7)： 146-162.

[21] 魏大鈞, 張承慧, 孫波, 等. 基于分時(shí)電價(jià)的電動(dòng)汽車充放電多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014,38(11)： 2972-2977.

[22] 胡澤春, 宋永華, 徐智威, 等. 電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(4)：1-10.

[23] 項(xiàng)頂, 宋永華, 胡澤春, 等. 電動(dòng)汽車參與V2G的最優(yōu)峰谷電價(jià)研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013(31)：15-25.

[24] 李惠玲, 白曉民, 譚聞, 等. 電動(dòng)汽車與分布式發(fā)電入網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(8)：2108-2115.

[25] 常方宇, 黃梅, 張維戈. 分時(shí)充電價(jià)格下電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(9)：2609-2615.

[26] 李斌, 劉暢, 陳慧妙, 等. 基于混合整數(shù)規(guī)劃的電動(dòng)公交車快速充電站有序充電策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù),2016, 40(9)： 2623-2629.

[27] 麻秀范, 王超, 洪瀟, 等. 基于節(jié)點(diǎn)阻塞電價(jià)的電動(dòng)汽車雙層充電優(yōu)化策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(12)：3706-3714.

[28] 涂軼昀, 李燦, 承林, 等. 電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J]. 華東電力, 2011(7)： 1085-1088.[29] 趙俊華, 文福拴, 楊愛(ài)民, 等. 電動(dòng)汽車對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問(wèn)題[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011, 35(14)： 2-10, 29.

[30] 田立亭, 張明霞, 汪奐伶. 電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的評(píng)估和解決方案[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012,32(31)： 43-49, 前插 6.

[31] 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), 2010, 324(11)：126-130.

[32] 麻秀范, 王超, 洪瀟, 等. 基于實(shí)時(shí)電價(jià)的電動(dòng)汽車充放電優(yōu)化策略和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2016, 31(S1)： 190-202.

[33] Kristoffersen T K, Capion K, Meibom P. Optimal charging of electric drive vehicles in a market environment[J]. Applied Energy, 2011, 88(5)： 1940-1948.

[34] 孫強(qiáng), 許方園, 唐佳, 等. 基于需求響應(yīng)的電動(dòng)汽車集群充電負(fù)荷建模及容量邊界控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(9)： 2638-2645.

Summarization of Strategy about Electric Vehicles Connected to Power Grid

Feng Peilei1Dong Zhiquan1Xu Tianqi1Li Yan1Liu Xiaoxin2
(1. School of Electrical and Information Technology, Yunnan Minzu University, Kunming 650500;2. Nujiang Grid Bureau, Yunnan Grid Corporation Limited, Nujiang, Yunnan 673100)

With the development of electric vehicle faster and faster, the uncertainty over time and space of vehicle-to-grid is the essential problem. The massive application of control strategy makes vehicle -to-grid charging orderly, which is a hot topic of the research. In view of the development of electric vehicles in China, numerous research demonstrates that ordinary access of vehicle-to-grid has less effect than the disorderly access. Based on the control strategy analysis summary of vehicle-to-grid,pointed out the shortcomings in control strategy of vehicle-to-grid, and made a further analysis, put forward reliable references to control strategies of vehicle-to-grid.

electric vehicle; schedule of EV charging; control strategy

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61461055）

云南電網(wǎng)公司怒江供電局職工技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（050000KK52150006）

馮培磊（1992-），男，碩士研究生，安徽蒙城人，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、新能源發(fā)電接入，電力系統(tǒng)分析。