浅议电动汽车有序充电控制策略

浅议电动汽车有序充电控制策略

摘要：电动汽车作为用电负载，大规模的接入电网会对电网造成一定的影响。本文从电能管理和电能质量的角度分析了电动汽车充电对电网的影响，提出了充电基础设施优化配置方案，探讨了有序充电控制策略和充电桩有序接入策略。

关键词：电动汽车;有序充电;控制策略

0 前言

随着人类对能源的需求不断增长，化石燃料为主要能源的时代终将结束。传统的化石燃料汽车也将会被新能源汽车替代。电动汽车是新能源汽车技术主要发展趋势，分为油电混合动力汽车和纯电动汽车两种类型，均可以通过充电桩进行充电。

1 电动汽车充电对电网的影晌

电动汽车充电对电网的影响主要表现在用电平衡和电能质量两个方面。

在人口密集的城市地区，由于用电量有一定的限制，电动汽车进行集中充电时，对电网是一个比较大的负荷，需要在大规模充电时候考虑用电平衡。在用电端负荷较多的地区，三相之间的供电交替会产生一定的谐波，进而会对电能质量产生比较大的动态污染。

2 充电基础设施优化配置

充电桩因占地少、操作方便、易接入而受到广泛应用，是未来最常用的充电设施。

为了便于对接入电网的充电桩进行统一监测与控制，实现充电桩与电网之间的互动，有必要分区域对充电桩的数量进行配置。为便于在变电站内建立对供电范围内的充电桩进行有序控制的监控系统，可以以变电站的供电范围为基准进行区域充电桩的配置。

区域内充电柱的配置主要由区域内各类型充电车辆的数量、并网充电时刻和充电时长决定。

充电桩一般优先设置在住宅区、商务区、商业区的停车场以及具备停车条件的道路边。在此类区域的配置密度应该大余其他区域，以便于用户获得便利的充电服务。

3 有序充电控制策略

基于电动汽车充电负荷预测和充电负荷对电网的影响制定有序充电控制策略。通过制定不同层级、不同区域的有序控制策略，同时应用合适的激励策略，形成整体有序控制策略。

3.1 分区有序充电控制

充电基础设施在车辆种类和服务范围上可能会有交叉。因此在制定有序控制策略时，应考虑相互之间的配合，做到既能够覆盖所有电动汽车运行范围，又能够在相互重叠区域提供经济的电力供应。

3.2 电动汽车充电的激励策略

私人是未来电动汽车的主要用户，充电行为规律相对随机，是最需要进行引导的群体。因此，通过基于需求侧响应的基本方法和理论，结合电动汽车需求特性，研究引导和激励私人电动汽车用户参与有序充电的服务价格体系建立，为各层级多目标协调控制策略的实施提供手段。

3.3 分层级多目标协调策略

按充电结构层次分为电网级有序充电控制策略、站级充电服务单元有序充电控制策略、有序充电控制器的控制策略和有序充电引导策略四部分。

（1）电网级有序充电控制策略。在电网规划与运行上对电动汽车充电负荷进行管理与监控，针对不同区域电网中并网充电负荷的变化作出相应的应急预案与应对措施等。通过通信信道将控制信息反馈至各个充电设施，与其他层级形成控制呼应。同时，在电网规划时，加强电动汽车充电造成的电网薄弱环节。

（2）站级充电服务单元有序充电控制策略。站级充电服务单元位于各个控制区域的综合控制中心或变电站内，负责对充电桩进行实时监控与管理。该服务单元的有序充电控制策略是对管理区域内的充电桩进行综合协调，是实现有序充电控制最重要的一层。

（3）有序充电控制器的控制策略。通过保障用户需求并提高经济性的充电控制器控制策略实现有序充电控制。充电控制器与电池管理系统相协调，根据实时状态信息制定包含执行时间、充电电流等内容的充电方案。同时，研究通讯中断、信息缺失等情况下，充电控制器自主实施有序充电的技术和方法。

（4）有序充电引导策略。有序充电引导策略是指对用户充电行为提供的实用化引导的方法。例如通过车辆导航对有充电需求的车辆提供导航服务，引导其进入充换电服务点，或者通过短信通知给私人电动汽车用户发送信息，引导充电时间、避开高峰充电。

4 充电桩有序接入策略

充电桩充电的有序接入策略将整个调度过程分为两个阶段：基于区域负荷优化的调度和最优充电方案的优化分配，具体如下。

（1）基于负荷优化的接入调度。基于区域负荷优化的调度是通过对区域内所有电动汽车的充电时刻进行控制，以实现削峰填谷、稳定变电站整体负荷水平的目标，具体步骤如下：

首先，通过对变电站供电范围内各小区电动汽车进行负荷建模，将待充电动汽车荷电状态和待充车辆的总量的概率分布作为初始数据输入。

其次，分析车辆的可调度比例，计算可调度车辆总量，对车辆进行荷电状态分类，将不可调度的车辆与车辆原始接入规律结合在一起计算不可控负荷。

再次，将不可控负荷与变电站基础负荷（居民生活用电负荷、工业负荷、商业负荷等）一起作为原始负荷输入至优化程序，同时将可调度负荷作为输入变量。

最后，建立目标函数。通过优化理论对整体负荷水平进行寻优，获取最优整体车辆接入的充电时刻。

（2）基于负载均衡的优化分配。基于负载均衡的优化分配是在考虑各小区车辆的实时可调度数量的前提下，将每个调度时刻应接入车辆数量分配至各小区，以均衡各条线路实时负载率，步骤如下：

首先，输入各小区的实时可调度车辆数量及其电池荷电状态，形成电池矩阵。

其次，采集各小区对应的供电线路实时负载率及其约束值，和电池约束一起作为约束输入至优化程序。

最后，将该调度时刻的各荷电状态车辆接入总量输入优化程序进行分配，输出变量为各小区并网充电的不同荷电状态电动汽车数量。

通过对变电站供电范围内各个小区电动汽车的充电时刻进行调度，综合考虑区域电网的实时参数，实现区域负荷水平的稳定和线路负载率均衡，实现各个小区的有序接入充电。

5 结语

本文提出的有序充电体系可为电动汽车充电系统运营与管理人员提供参考，基础设施的优化配置可为充电设施建设提供借鉴，充电桩接入控制模式也为今后智能小区的发展与配电网运行提供依据。有序充电控制策略无论在理论上还是现实中都有重要的意义。