分时电价下电动汽车有序充电控制策略研究

王玉荣

徐州供电公司 江苏徐州 221000

摘要：本文就结合分时电价，提出电动汽车有序充电的控制策略，以实现降低电网峰谷差的目标，并利用蒙特卡洛方法，比较无序充电、有序充电的电网经济效益、用户充电成本，可得电动汽车有序充电控制对充电池运行成本、用户充电成本等降低有着重要作用，起到充电负荷削峰填谷的效果。

关键词：分时电价；电动汽车；有序充电；控制策略

一、电动汽车有序充电控制与分时电价概述

（一）有序充电控制

有序充电控制的目标是减小电网峰谷差，起到降低充电站投资、运行成本，提高设备使用效率，提升运行经济效益的，同时，还有助于节省用户充电成本。在电动汽车有序充电控制中，其步骤主要有：一是确定电动汽车的充电需求情况，根据电动汽车的电池管理系统，充电站可以获取其电池容量、当前荷电状态等数据，并根据用电峰谷阶段制定相应的分时电价，了解用户预期停留时间、离开时期望电池荷电情况；同时，在分时电价实施后，用户为降低充电费用，也会自主响应，选择在低电价时段进行充电或者电池起始充电时间最早。

（二）充电分时电价

电网分时电价是指某非特殊负荷区域电网根据用电高峰、低谷时间段的不同，制定的有区别的电价；在电动汽车充电站与局部配电网连接后，会导致局域配电网出现与之前分时电价峰谷不一样的波动情况。一般来说，电动汽车充电站从电网购买的工业用电分时电价的峰时段集中在8：00-12：00、17：00-21：00，谷时段集中在0：00-8：00，其余时段为平时段。

但是，在电网电价平时段时，电网的实际负荷却是一个高峰时段，此时，如果与配电网连接的电动汽车充电站大量充电，就会进一步增大电网的负荷，提高其峰值，在降低设备利用率的同时，也影响电网运行的稳定、经济，造成局域配电网线损的增大。

对此，以原有的分时电价为基础，根据对局域配电网负荷波动的预测，再细分配电网平时段分时电价，即将12：00-17：00时间段内电价再次分为平、峰两个分时电价，引导用户在平时电价阶段充电，即使有大量电动车充电，也会造成局域配电网“峰上加峰”，对配电网运行的稳定、经济有着重要作用。

二、分时电价下电动汽车有序充电控制策略

收集局域配电网的历史常规负荷数据，就能够据此预测出配电网的当日常规负荷曲。以96点日负荷曲线预测法为例，将15min划为一个时间段，每天共有96个时间段，第i个时间段常规负荷设为Pi；假设充电站充电机在慢充模式下的额定充电功率为ΔP，且具有自动启动、结束充电的功能；假设电充汽车充电过程的充电功率恒定，充电前电池的起始荷电量为S0，预期达到的荷电量为S1，电池容量为W，充电所需的时间为T0，取车时间为T1，则电动汽车充电量S为：（S0-S1），停留时间T为（T0-T1）。

在第i个时间段中，充电站内充电电动汽车有n台，其负荷大小计算公式为：（1）；配电网在第i个时间段的总负荷是常规负荷与电动汽车充电负荷之和，即P=Pi+pi（2）。

在充电站用戶停车时间T中，为降低接入充电给电网形成的负荷波动，其充电目标控制函数为电池起始充电时间最早、用户充电费用最低，（3）其中si表示i时段内的充电分时电价；同时，还需用电网峰谷差对控制结果进行验证，其验证函数为min var（Pi+pi），其中var（x）表示的是x的方差函数。

三、分时电价下电动汽车有序充电控制模型与仿真验算

（一）模型与算法

本文对用户充电需求的模拟采用的是蒙特卡洛方法，并以此为基础，建立相应的电动汽车负荷模型，。具体来说，是以充电站收集的电动汽车充电相关数据为基础，建立相应的电池的起始荷电量为S0、预期达到的荷电量为S1概率模型；同时，建立充电所需时间为T0、取车时间为T1的服从正态分布特征的概率模型。再通过随机抽样，根据抽样结果，即可得到与实际情况相类似的间电动汽车负荷模型。

在有序充电控制算法中，会出现与客观事实不相符的数据，即S0-S1≤0、T0-T1≤0，需要先将这些数据消除。

（二）仿真验算

在仿真验算中，为明确有序充电控制的效果，需要同时计算无序充电、有序充电的负荷、峰谷差情况。其中，无序充电就是指用户即到即充的方式，直到完成预期充电量位置，且无序充电与有序充电在电池起始荷电量、预期充电量等参数上是一致的。

在分时电价上，电网分时电价与充电站分时电价的相关参数如表1所示，其中，充电站购电依据的是工业用电分时电价，在其充电分时电价制定中，谷、平、峰的比例是1：3：5。

表1：分时电价参数

时段 电网分时电价（元/KW·h-1） 充电分时电价（元/KW·h-1）

0：00-8：00 0.37 0.4

8：00-12：00 0.87 2.0

12：00-14：30 0.69 1.2

14：30-17：00 0.69 1.2

17：00-21：00 0.87 2.0

21：00-24：00 0.69 1.2

（三）结果分析

首先，在有序充电控制下，电动车白天充电时间多集中在平时段区域，夜间则会向谷时段转移，起到了有效的避峰、填谷作用；根据仿真结果可知，有序充电的峰谷差比无序充电显著降低，所以，分时电价下的有序充电控制可以降低电网峰谷差。

其次，在30%、60%、90%的用户响应系数η（响应系数表示因分时电价而选择有序充电用户的比例，剩余（1-η）用户为无序充电）条件下，在白天充电时，电动汽车的充电负荷会从配电网峰时段向平时段转移；在夜晚充电时，电动汽车的充电负荷会从配电网平时段向谷时段转移，且响应系数越大，这种转移就更为明显。因此，分时电价下用户有序充电越多，配电网的峰谷差就会相应减小，用户充电的经济性也会相应提高。

结语

综上所述，近些年来，电动汽车行业发展迅猛，电动汽车数量不断增加，电动汽车充电对电网负荷带来了极大影响，增加了配电网运行风险，如何保证配电网运行经济、稳定，是电动汽车充电站应当重视的一项工作。分时电价下有序充电控制是引导用户充电避开配电网高峰期，向平时段、谷时段转移的有效措施，可以起到减小峰谷差、提高充电经济性等作用，对配电网运行稳定也有着重大意义，值得加以推广使用。

参考文献：

[1] 姬芬竹，杜发荣，朱文博.基于制动意图识别的电动汽车能量经济性[J].北京航空航天大学学报.2016（01）

[2] 陆杭高.金义都市新区电动汽车推广应用研究[J].科技经济市场.2015（12）

[3] 郑磊，李战胜.燃料电动汽车相关技术的综述研究[J].科技视界.2016（05）