國(guó)網(wǎng)合肥供電公司 張 弘 朱 健 梁 駿 李勇濤 桂 寧

1 概述電動(dòng)汽車(chē)充電特性和出行規(guī)律

1.1 電池特性

1.1.1 電池特性

當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)主要是利用動(dòng)力電池、主要包括鉛酸電池和鋰電池，不同種類(lèi)的電池具有不同的充電負(fù)荷和負(fù)荷曲線。鋰離子電池供給功率較高，同時(shí)具有良好的充放電特性，此外還具有較高的電壓輸出值和較低的損耗率，整體使用壽命比較長(zhǎng)，正是因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，因此鋰離子電池是當(dāng)前主要的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池[1]。

1.1.2 充電需求

電動(dòng)汽車(chē)電力需求不斷發(fā)生變化，為確定電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷，需結(jié)合電池充電初始階段的電荷狀態(tài)（SOC），SOC是一種函數(shù)，取值范圍是0～100%。電動(dòng)汽車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果降低SOC到一定閾值以下，并且剩余SOC無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行需求，電動(dòng)汽車(chē)需要在充電站充電。在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，如果電動(dòng)汽車(chē)荷電狀態(tài)呈現(xiàn)出線性下降狀態(tài)，需要估算汽車(chē)行駛里程，從而確定起始充電階段荷電狀態(tài)。

1.1.3 充電方式

恒流充電法：指電池在充電過(guò)程中電流值保持不變，為此需調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻或充電器輸出值，但利用這種方法需要加強(qiáng)控制電流，如充電電流較大將會(huì)損害電池組，如充電電流較小將會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間，在后期電池飽和狀態(tài)中還會(huì)通過(guò)電流，極化電池內(nèi)部的氣體，因此損害電池，因此當(dāng)前很少利用這種方法[2]；恒壓充電法：指保持充電電壓值不變，其具有更高的效率，但也存在不足之處。如在電池充電初期，如提供過(guò)大的電壓、且電池?zé)o法承受，將會(huì)擊穿極板或引發(fā)電池組變形問(wèn)題，大幅度縮短電池壽命。電池充電進(jìn)入到最后階段，因?yàn)殡妷狠^高，將會(huì)減少充電電流，同時(shí)會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間，電池充電效率因此受到影響。

階段式充電法：主要是利用二階段或三階段充電方式?？蛇M(jìn)一步劃分二階段充電為恒流階段和恒壓階段，在充電初期利用恒流充電，因此控制電池內(nèi)部電壓，如電壓不斷提升到允許值，將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹懔鞒潆娔Ｊ?。利用恒流充電方式可解決充電末期效率較低的問(wèn)題，同時(shí)可保證電池的安全性，實(shí)現(xiàn)快充需求。

當(dāng)前在電動(dòng)汽車(chē)充電站主要是利用兩階段充電法，首先實(shí)施恒流充電，其次利用恒壓充電。在恒流充電過(guò)程電池端電壓不斷變化，在恒壓充電過(guò)程中充電電流也會(huì)不斷變化，以此電池充電功率也在不斷發(fā)生變化。為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，需根據(jù)電子充電過(guò)程建立恒功率模型，利用某一數(shù)值表示電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷[3]。

1.2 電動(dòng)汽車(chē)出行路線

構(gòu)建交通流分配模型有利于電動(dòng)汽車(chē)合理選擇出行路線。利用交通分配可預(yù)測(cè)交通小區(qū)之間的OD矩陣，根據(jù)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息，在路網(wǎng)全部路段上覆蓋交通分配模型中的規(guī)則，從而計(jì)算出所有路段的交通流量值。本文根據(jù)交通流分配模擬電動(dòng)汽車(chē)出行路線，在路徑模擬過(guò)程中，需檢查電動(dòng)汽車(chē)電量和車(chē)輛位置等信息，從而計(jì)算出電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷。為明確交通流量分布，需在目前路網(wǎng)上劃分OD，檢測(cè)路網(wǎng)的合理性，是否可滿(mǎn)足預(yù)測(cè)年的新要求，可在當(dāng)前路網(wǎng)上劃分預(yù)測(cè)年OD流量。在設(shè)計(jì)方案規(guī)劃之前，可在未來(lái)的路網(wǎng)上劃分預(yù)測(cè)年的OD流量，通過(guò)對(duì)比篩選不同的方案，明確不同設(shè)施的建設(shè)方法和時(shí)間[4]。

在分配路網(wǎng)流量前需要明確交通阻抗函數(shù)，駕駛員在選擇路徑的過(guò)程中需考慮路阻因素，同時(shí)需考慮所選路徑的實(shí)際行駛時(shí)間和路段長(zhǎng)度以及附加收費(fèi)等方面，可通過(guò)加權(quán)系數(shù)反映出這些路阻因素的重要程度，轉(zhuǎn)化時(shí)間消耗和汽車(chē)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本為行駛時(shí)間和路段長(zhǎng)度的費(fèi)用。其中實(shí)際行駛速度關(guān)系到行駛時(shí)間，交通量不斷發(fā)生變化，行駛速度也會(huì)呈現(xiàn)出非線性變化趨勢(shì)，在模型中可利用BPR函數(shù)描述二者函數(shù)關(guān)系。在計(jì)算路網(wǎng)流量的過(guò)程中，需要根據(jù)路上交通流量重新計(jì)算各路段的實(shí)際行駛速度。

2 計(jì)及電動(dòng)汽車(chē)接入的配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)

2.1 配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)的適應(yīng)性評(píng)估

2.1.1 評(píng)估方法

評(píng)估配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)的適應(yīng)性，首先需計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)的負(fù)荷，可選擇用蒙特卡洛隨機(jī)模擬方法；其次需合理劃分供電區(qū)域，可根據(jù)配電網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)和負(fù)荷分布情況，在空間上分層分配相關(guān)負(fù)荷，確定電壓偏移和網(wǎng)損情況，因此評(píng)估配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)的適應(yīng)性。電動(dòng)汽車(chē)出行規(guī)律關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷，因此需要統(tǒng)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)出行規(guī)律，利用電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷建模方式，通過(guò)概率模擬方法確定帶動(dòng)汽車(chē)出行分布和充電工作的狀態(tài)參數(shù)，因此預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷時(shí)空分布狀態(tài)[5]。劃分配電網(wǎng)為不同的供電區(qū)域，可根據(jù)結(jié)合常規(guī)電力負(fù)荷分布比例向各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷，在完成分配之后，可結(jié)合配電網(wǎng)潮流值評(píng)估配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)的適應(yīng)性。

2.1.2 評(píng)估步驟

確定常規(guī)負(fù)荷中系統(tǒng)裝填，需輸入支路參數(shù)和配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電壓值等，確定網(wǎng)路不接入電動(dòng)汽車(chē)階段的配網(wǎng)潮流；劃分供電區(qū)域。根據(jù)線路參數(shù)和配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)接入位置合理劃分供電區(qū)域；利用概率模擬法計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)充電中的不同參數(shù)，同時(shí)需要結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)出行規(guī)律，利用概率模擬法計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)充電階段和離開(kāi)時(shí)刻等參數(shù)；預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷，從而可合理分配空間，根據(jù)常規(guī)負(fù)荷空間分布特征和配電網(wǎng)分配電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷，確定不同接入位置的電動(dòng)汽車(chē)的負(fù)荷；計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)接入的網(wǎng)絡(luò)潮流；根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)損負(fù)荷明確系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，從而獲得準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果[6]。

2.2 充電路徑引導(dǎo)下配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)的適應(yīng)性分析

通過(guò)引導(dǎo)智能電動(dòng)汽車(chē)充電路徑，分析配電網(wǎng)負(fù)荷和交通高流量的分布，從而為電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)提供合適的充電路徑。可引入虛擬交通阻抗綜合分析交通程度和充電站負(fù)荷，有效控制交通擁堵情況，同時(shí)避免電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷沖擊到電網(wǎng)。

將路段當(dāng)前流量下的通行時(shí)間為路段權(quán)值，將通行時(shí)間作為交通阻抗，根據(jù)充電站負(fù)荷設(shè)置虛擬交通阻抗函數(shù)，當(dāng)充電站負(fù)荷達(dá)到最大負(fù)荷，將會(huì)增加虛擬阻抗為+∞。電動(dòng)站在充電階段，求取充電站預(yù)期負(fù)荷，需結(jié)合引導(dǎo)過(guò)的電動(dòng)汽車(chē)充電功率和開(kāi)始及結(jié)束充電時(shí)間。在配電網(wǎng)不同位置分布著充電站，如電網(wǎng)負(fù)荷較大，需控制充電站最大充電負(fù)荷在合理范圍內(nèi)，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。因此需向各個(gè)充電站合理分配電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷，有利于保護(hù)電網(wǎng)。

2.3 交通要素對(duì)于配網(wǎng)接入電動(dòng)汽車(chē)適應(yīng)性的影響

在交通工程中，合理限速關(guān)鍵路段有利于改善交通流量分布情況，同時(shí)可增強(qiáng)路網(wǎng)容量。因此在關(guān)鍵路段對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)實(shí)施合理限速將會(huì)改善配電網(wǎng)負(fù)荷分布情況，顯著的提高配電網(wǎng)承載力。關(guān)鍵路段交通飽和度比較大，不利于提高路網(wǎng)總體容量，在擁堵時(shí)段可利用分車(chē)型交通控制方法方法向附近路段分流關(guān)鍵路段的流量。我國(guó)不斷推廣電動(dòng)汽車(chē)，因此在路網(wǎng)充電站附近可能會(huì)發(fā)生新的擁堵點(diǎn)，合理限速電動(dòng)汽車(chē)，可優(yōu)化高峰時(shí)段電動(dòng)汽車(chē)的交通分布，降低車(chē)流量的交通壓力，同時(shí)可減少對(duì)于電網(wǎng)的沖擊。通過(guò)合理限速可改善整體路況，同時(shí)可降低電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于配電網(wǎng)的沖擊，促使充電網(wǎng)絡(luò)更好的適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)。

采用路徑引導(dǎo)情況下，3個(gè)配電子網(wǎng)網(wǎng)損分別下降0.005、0.0018、0.0001；采用路段限速情況下，3個(gè)配電子網(wǎng)網(wǎng)損分別下降0.0004、0.0017、0.0001。由此可發(fā)現(xiàn)，充電路徑經(jīng)過(guò)引導(dǎo)之后優(yōu)于路段限速對(duì)于配電網(wǎng)的影響。實(shí)現(xiàn)充電路徑引導(dǎo)，因?yàn)楦淖冸妱?dòng)汽車(chē)進(jìn)站流量分布，可更加合理的分配各個(gè)充電站的負(fù)荷，優(yōu)化配電網(wǎng)中時(shí)空分布，優(yōu)化系統(tǒng)整體運(yùn)行，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行性能。