一、引言
傳統(tǒng)能源逐漸枯竭,環(huán)境問題日益嚴(yán)重,作為新能源產(chǎn)業(yè)的電動汽車因其低污染、高轉(zhuǎn)換率的優(yōu)點受到政府大力支持。隨著汽油成本上升和電動汽車電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,電動汽車逐漸成為傳統(tǒng)燃油汽車的替代品,廣受群眾歡迎。在可預(yù)計的未來:電動汽車市場將不斷擴(kuò)大,電動汽車數(shù)量也將持續(xù)增多。但是,大規(guī)模電動汽車接入電網(wǎng)無序充電時其負(fù)荷峰值可能超過電網(wǎng)的傳輸極限,打破電力系統(tǒng)的供需平衡,進(jìn)而影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定,針對這些問題,可以從有序智能充電、充電定價策略等不同方面進(jìn)行研究。本文就從價格方面考慮,從電網(wǎng)和用戶的角度,通過價格引導(dǎo)用戶的充電行為,保證電網(wǎng)平穩(wěn)運行。
二、問題背景
2.1問題描述
對于大部分電動汽車用戶,尤其是每天固定時間上下班的通勤人員,普遍會選擇在自家住宅區(qū)充電,而許多用戶下班回家后在用電需求已經(jīng)達(dá)到高峰的時期立即給汽車充電,這些隨機的充電行為會導(dǎo)致充電負(fù)荷和居民生活用電負(fù)荷在高峰期高度重疊。
本文從微觀角度,以居民住宅區(qū)內(nèi)的電動汽車為研究對象,同時考慮電網(wǎng)負(fù)荷的波動和小區(qū)電動汽車用戶的利益,通過建立雙層規(guī)劃模型制定不同時段快、慢兩種充電方式的電動汽車充電電價。通過價格的杠桿作用,針對每一輛電動汽車,改變用戶每個時段的充電行為,使準(zhǔn)備使用小區(qū)充電樁充電的用戶錯峰充電,達(dá)到電網(wǎng)負(fù)荷曲線“削峰填谷的目的,保證居民生活用電正常,維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。
2.2問題假設(shè)
本文所研究的問題有如下幾點假設(shè)。
1)居民住宅區(qū)的充電樁實行一車一樁,每個用戶根據(jù)電價自主選擇充電時間段和充電方式,互不影響;
2)用戶的需求電量不超過停車時間內(nèi)充電可提供的最大電量;
3)對于分時電價未實施的情況,電動汽車用戶的充電行為是歸家后就立即以慢充方式充電;
4)每輛電動汽車固定充電方式下的電池電量與時間呈線性關(guān)系。
三、模型建立
電網(wǎng)總負(fù)荷由所有電動汽車的充電負(fù)荷以及小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷組成,而所有電動汽車的充電負(fù)荷可通過每輛電動汽車的充電方案得到,同時每輛電動汽車的充電方案受電網(wǎng)中的充電電價影響而改變;因此充電電價可根據(jù)電網(wǎng)總負(fù)荷制定。
3.1下層模型
將一天分為 24 h,每1h為1個時間段,用t表示,下層模型的研究對象是使用電動汽車出行并最終會返回小區(qū)充電的用戶,電動汽車總量為N,電動汽車n∈N={1,2,…,k},可充電的時間段在用戶返回小區(qū)時間in之后至離開小區(qū)時間jn之前,開始時間段以歸家時刻的小時段 t=shn 表示,結(jié)束時間段以離家時刻的小時段 t=ehn,表示,根據(jù)用戶的歸家和離家時間以及用戶的需求充電電量Q,制定電動汽車在小區(qū)停車期間每個時間段的充電方案。下層模型的目標(biāo)雨數(shù)是電動汽車n的充電費用最小化,由各時段不同充電方式充電量和單位電價之積的總和求得,以此輸出每個電動汽車的充電方案。
3.2上層模型
上層模型的研究對象是小區(qū)的整個電網(wǎng),考慮居民生活基礎(chǔ)負(fù)荷加入電動汽車的充電負(fù)荷后對電網(wǎng)波動的影響,以及居民的電費變化程度,盡量使電費變化程度降低,從某種程度上也保證了電力供應(yīng)商的利益。
目標(biāo)函數(shù)是一天 24 h各個時間段的總負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差以及電價改變前后用戶充電總費用變化最小化,以此求得每個時間段內(nèi)的快、慢充電價。
四、 應(yīng)用方案
圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖
圖2平臺結(jié)構(gòu)圖
充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng),可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,提升用戶的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊等待的情況,同時也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理,確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電,避免對電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。
五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能
平臺除了對充電樁的監(jiān)控外,還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理,提高充電站的運行可靠性,降低運營成本,平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。
圖3 充電樁運營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)
大屏顯示:展示充電站設(shè)備統(tǒng)計、使用率排行、運營統(tǒng)計圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。
圖4 大屏展示界面
站點監(jiān)控:顯示設(shè)備實時狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計等功能。
圖5 站點監(jiān)控界面
設(shè)備監(jiān)控:顯示設(shè)備實時信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實時曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。
圖6 設(shè)備監(jiān)控界面
運營趨勢統(tǒng)計:顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。
圖7 運營趨勢界面
收益查詢:提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。
圖8 收益查詢界面
故障分析:提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。
圖9 故障分析界面
訂單記錄:提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運營商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。
圖10 訂單查詢界面
六、產(chǎn)品選型
安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式,便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁,包含智能7kw/21kw交流充電樁,30kw直流充電樁,60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運營管理的市場需求。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給,同時為提高公共充電樁的效率和實用性,具有有智能監(jiān)測:充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能;智能計量:輸出配置智能電能表,進(jìn)行充電計量,具備完善的通信功能;云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實現(xiàn)實時監(jiān)控,財務(wù)報表分析等等;遠(yuǎn)程升級:具備完善的通訊功能,可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級;保護(hù)功能:具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù),漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能;適配車型:滿足國標(biāo)充電接口,適配所有符合國標(biāo)的電動汽車,適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。
產(chǎn)品圖 | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) |
| AEV200-AC007D | 額定功率:7kW 輸出電壓:AV220V 充電槍:單槍 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP65 通訊方式:4G、Wifi 安裝方式:立柱式/壁掛式 |
| AEV210-AC007D | 額定功率:7kW 輸出電壓:AV220V 充電槍:單槍 人機交互:3.5寸顯示屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:4G、Wifi 安裝方式:立柱式/壁掛式 |
| AEV300-AC021D | 額定功率:21kW 輸出電壓:AV220V 充電槍:單槍 人機交互:3.5寸顯示屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:4G、Wifi 安裝方式:立柱式/壁掛式 |
| AEV200-DC030D | 額定功率:30kW 輸出電壓:DC200V-750V 充電槍:單槍 人機交互:7寸觸摸屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一) |
| AEV200-DC060D/ AEV200-DC080D | 額定功率:60kW/80kW 輸出電壓:DC200V-1000V 充電槍:單槍 人機交互:7寸觸摸屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一) |
| AEV200-DC060S/ AEV200-DC080S | 額定功率:60kW/80kW 輸出電壓:DC200V-1000V 充電槍:雙槍 人機交互:7寸觸摸屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一) |
| AEV200-DC120S/ AEV200-DC180S | 額定功率:120kW/180kW 輸出電壓:DC200V-1000V 充電槍:雙槍 人機交互:7寸觸摸屏 充電操作:掃碼/刷卡 防護(hù)等級:IP54 通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一) |
| AEV200-DC240M4/ AEV200-DC480M8/ AEV200-DC720M12 | 額定功率:240kW/480kW/720kw 輸出電壓:DC150V-1000V 充電終端支持:常規(guī)單雙槍終端 防護(hù)等級:IP54 |
| AEV200-DC250AD | 最大輸出:250A 1個充電接口; 支持掃碼、刷卡支付; 4G、以太網(wǎng)通訊(二選一) |
| AEV200-DC250AS | 最大輸出:250A 2個充電接口; 支持掃碼、刷卡支付; 4G、以太網(wǎng)通訊(二選一) |
七、現(xiàn)場圖片
八、結(jié)論
針對住宅區(qū)內(nèi)大規(guī)模電動汽車無序接人電網(wǎng)的現(xiàn)象建立雙層規(guī)劃模型,為一天24個時段分別制定不同的電價,下層模型利用上層得到的分時電價,引導(dǎo)每名電動汽車用戶錯峰充電,保證所有用戶充電費用最小化,將下層模型得到的充電負(fù)荷輸人上層優(yōu)化分時電價,逐漸平抑電網(wǎng)波動,“削峰填谷"保證電網(wǎng)安全。
1)優(yōu)化模型不但大大減小了電網(wǎng)負(fù)荷波動,供電穩(wěn)定性提高 57.66%,也一定程度降低了用戶的充電費用,電動汽車的充電時長平均減少 29.17%。
2)該模型在優(yōu)化適用時間上沒有限制,也可適用于周末節(jié)假日時期。
3)電動汽車用戶的歸家、離家時間具有很強的隨機性,以后還應(yīng)考慮這一因素,加強模型的魯棒性;另外小區(qū)電動汽車充電樁數(shù)量有限,本文考慮的是所有電動汽車“一車一樁"的情況,未來還可以進(jìn)一步分析共享充電樁下的電動汽車充電定價策略。
參 考 文 獻(xiàn):
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