薛新白 萬 芮 牛鳳文

（安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥 230011）

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的引領(lǐng)下，能源行業(yè)低碳升級(jí)轉(zhuǎn)型成為發(fā)展的必由之路。2021 年1—2月，中國新能源汽車生產(chǎn)31.7 萬輛，增長395.3%。目前，中國是全球新能源汽車保有量最多的國家，銷量占全球新能源汽車的55%。純電動(dòng)汽車的推廣為踐行綠色和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。然而，隨著入網(wǎng)電動(dòng)汽車數(shù)量的急劇增加，城市配電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了巨大的負(fù)荷波動(dòng)。因此，對(duì)于電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入電網(wǎng)應(yīng)該根據(jù)國家電價(jià)等政策進(jìn)行合理的有序引導(dǎo)，增加配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)提高私人電動(dòng)汽車的使用經(jīng) 濟(jì)性。

文獻(xiàn)[1]研究電動(dòng)汽車參與含分布式光伏電源的配電系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度問題，通過電動(dòng)汽車充電位置優(yōu)化和電動(dòng)汽車充電時(shí)段優(yōu)化，使得優(yōu)化策略能平抑電網(wǎng)波動(dòng)，減少配電系統(tǒng)網(wǎng)損。文獻(xiàn)[2]充分考慮了電動(dòng)汽車負(fù)荷特性和進(jìn)入電動(dòng)汽車充電站的流量密度，在經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性目標(biāo)下，對(duì)電動(dòng)汽車充電站的設(shè)置進(jìn)行規(guī)劃。文獻(xiàn)[3]針對(duì)可入網(wǎng)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)了多種充電策略，通過電動(dòng)汽車有序充電的雙層優(yōu)化模型，降低尖峰負(fù)荷，填補(bǔ)低谷負(fù)荷，使得系統(tǒng)負(fù)荷曲線更加平坦。文獻(xiàn)[4]提出一種含大規(guī)模電動(dòng)汽車接入的主動(dòng)配電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方法，以應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)由于電動(dòng)汽車無序充電而造成的高峰負(fù)荷加劇的 問題。

本文以私人電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，建立電動(dòng)汽車的時(shí)空特性模型，基于蒙特卡洛模擬法（Monte Carlo method），以一天24 h 為基礎(chǔ)，選擇合肥市春季和夏季兩個(gè)典型日，研究私人電動(dòng)汽車在無序充電和有序充放電策略下對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響。

1 電動(dòng)汽車的時(shí)空特性模型

1.1 電動(dòng)汽車的時(shí)間特性模型

以私人電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出電動(dòng)汽車最后一次返程時(shí)間t0符合正態(tài)分布，即t0～N(μt,σt2)。它的概率密度函數(shù)表達(dá)式為[5]：

式中：μt=17.47；σt=3.41。

1.2 電動(dòng)汽車空間特性模型

由美國交通部對(duì)全美家用車輛的調(diào)查結(jié)果得出，私人電動(dòng)汽車的日行駛里程數(shù)S 符合對(duì)數(shù)分布即S～log N(μs,σs2)。它的概率密度函數(shù)表達(dá)式為：

式中：μs=3.2；σs=0.88。

考慮到電動(dòng)汽車電池的充放電特性，規(guī)定電動(dòng)汽車蓄電池的荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）不少于20%，即SOC ∈[0.2,1]。

2 電動(dòng)汽車的充電策略

2.1 電動(dòng)汽車無序充電的充電策略

在政策上，發(fā)改委等相關(guān)政府部門不對(duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)間進(jìn)行限制，電網(wǎng)企業(yè)不對(duì)電動(dòng)汽車用戶的充電量進(jìn)行補(bǔ)貼，那么私人電動(dòng)汽車車主將完全按照個(gè)人工作、生活時(shí)間安排電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的充電時(shí)間和充電量，此類充電方式為電動(dòng)汽車的無序充電。在這種充電策略下，假設(shè)私人電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電的時(shí)間是車主最后一次返程時(shí)間，且電動(dòng)汽車電池全部充滿前車主不會(huì)再有車輛使用計(jì)劃，即電池會(huì)持續(xù)充電直至充滿（SOC=100%），不會(huì)中斷。

2.2 電動(dòng)汽車有序充電的充電策略

在政策上，發(fā)改委通過制定峰谷分時(shí)電價(jià)政策對(duì)電動(dòng)汽車的充電時(shí)間進(jìn)行引導(dǎo)，電網(wǎng)企業(yè)對(duì)可入網(wǎng)電動(dòng)車放電量進(jìn)行收購，那么私人電動(dòng)汽車車主在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下會(huì)主動(dòng)對(duì)電動(dòng)汽車的充、放電進(jìn)行有序調(diào)節(jié)，此類充電方式為電動(dòng)汽車的有序充放電。在這種充電策略下，假設(shè)私人電動(dòng)汽車車主會(huì)根據(jù)最后一次返程時(shí)間選擇電動(dòng)汽車進(jìn)行充電還是放電。如果返程時(shí)間在當(dāng)時(shí)22 時(shí)（平段電價(jià)）之前，車主將控制電動(dòng)汽車向大電網(wǎng)放電；如果返回時(shí)間在當(dāng)日23 時(shí)至次日8 時(shí)（谷段電價(jià)），車主將控制電動(dòng)汽車從電網(wǎng)充電，直至充滿。其中：電動(dòng)汽車充電，電網(wǎng)的負(fù)荷記為正；電動(dòng)汽車放電，電網(wǎng)的負(fù)荷記為負(fù)。為了減少電量過低充電對(duì)電動(dòng)汽車電池的傷害，延長電池壽命，規(guī)定放電深度不得超過總電量的20%（SOC=20%）。

3 算例分析

3.1 算例系統(tǒng)

本文選取合肥市2021 年春、夏兩個(gè)典型日的日負(fù)荷。在該配電網(wǎng)系統(tǒng)中，春季日負(fù)荷的最高峰發(fā)生在20 時(shí)，總有功負(fù)荷為4 694 MW；夏季日負(fù)荷的最高峰發(fā)生在13 時(shí)，總有功負(fù)荷為7 701 MW。

為分析電動(dòng)汽車不同充電策略對(duì)配電網(wǎng)日負(fù)荷曲線的影響，做出以下假設(shè)：

（1）假設(shè)配電網(wǎng)中的私人電動(dòng)汽車均愿意參加有序充電，配電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車完全可控；

（2）選取蔚來ET7 型號(hào)電動(dòng)汽車作為私人電動(dòng)汽車的研究對(duì)象，其電池容量為70 kW·h，續(xù)航里程為500 km，充電器的轉(zhuǎn)換效率為88%，電動(dòng)汽車的電池剩余SOC 不少于20%；

（3）合肥市電動(dòng)汽車充電設(shè)施投資運(yùn)營有限公司目前共用34 000 注冊(cè)用戶，假設(shè)配電網(wǎng)中共34 000 臺(tái)私人電動(dòng)汽車。

3.2 電動(dòng)汽車充電策略對(duì)負(fù)荷曲線的影響

由蒙特卡洛模擬法可以模擬出34 000 臺(tái)電動(dòng)汽車在無序充電和有序充放電的情況下24 h 的負(fù)荷需求，如圖1 所示，并分別疊加在春、夏日負(fù)荷曲線上，如圖2 和圖3 所示。

比較圖1 中的兩條曲線可以得出：如果不對(duì)私家車的充電行為進(jìn)行任何約束，那么電動(dòng)汽車入網(wǎng)充電的最高峰期發(fā)生在18 時(shí)，在執(zhí)行峰時(shí)電價(jià)的20 時(shí)至22 時(shí)，充電負(fù)荷依然很高，會(huì)給大電網(wǎng)帶來壓力。而進(jìn)行有序充放電的約束后，在執(zhí)行峰時(shí)電價(jià)的20 時(shí)至22 時(shí)，大量電動(dòng)汽車進(jìn)行放電，可以緩解電網(wǎng)負(fù)荷 壓力。

對(duì)比圖2 和圖3 可以看出，從對(duì)大電網(wǎng)的影響角度來看，如果電動(dòng)汽車都是以無序的方式接入電網(wǎng)，那么34 000 臺(tái)電動(dòng)汽車的日負(fù)荷需求對(duì)于此地區(qū)的日負(fù)荷有峰上加峰的影響，而電動(dòng)汽車有序充放電對(duì)于日負(fù)荷有明顯的削峰填谷作用。春季典型日負(fù)荷要小于夏季典型日負(fù)荷，因此在電動(dòng)汽車有序充放電策略在春季執(zhí)行對(duì)減少大電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)效果更明顯。

從對(duì)電動(dòng)汽車用戶個(gè)人經(jīng)濟(jì)性的角度來看，根據(jù)表1 的買入和銷售電價(jià)可以計(jì)算得出：在電動(dòng)汽車無序充電策略下，地區(qū)的電動(dòng)汽車用戶每日需花費(fèi) 279 715 元購電，相當(dāng)于平均每人每天支出8.23 元；而在電動(dòng)汽車有序充放電策略下，每日購電費(fèi)用減去售電費(fèi)用，總支出為74 616 元，相當(dāng)于平均每人每天支出2.19 元，用電經(jīng)濟(jì)性顯著增強(qiáng)。

表1 電價(jià)表

4 結(jié)語

本文建立了電動(dòng)汽車時(shí)空特性模型，通過蒙特卡洛模擬法，仿真得出電動(dòng)汽車的日行駛里程數(shù)和接入電網(wǎng)的時(shí)間。在電價(jià)和相關(guān)政策的引導(dǎo)下，制定了電動(dòng)汽車在無序充電和有序充放電兩種策略。通過春、夏兩個(gè)典型日負(fù)荷曲線分析得出，電動(dòng)汽車無序充電會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)日負(fù)荷曲線峰上加峰，而電動(dòng)汽車有序充放電會(huì)可以對(duì)電網(wǎng)日負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，同時(shí)降低私人車主的用電費(fèi)用。