安科瑞魯一揚(yáng)15821697760

摘要:隨著環(huán)境污染與能源危機(jī)加劇，電動(dòng)汽車以低排放等優(yōu)勢備受矚目。然而大量電動(dòng)汽車于電網(wǎng)高峰時(shí)段無序充電，尤其在住宅區(qū)，會(huì)給供電系統(tǒng)帶來安全隱患并影響電網(wǎng)運(yùn)行。本文構(gòu)建以 “削峰填谷” 為核心的住宅區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車充電電費(fèi)定價(jià)雙層規(guī)劃模型，下層為個(gè)人用戶充電電費(fèi)最小化模型以獲充電負(fù)荷，上層是電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)間分布均衡模型來確定快慢充電方式的分時(shí)電價(jià)，借分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)居民錯(cuò)峰充電，經(jīng)算例表明電網(wǎng)供電穩(wěn)定性提升 57.66%。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車:分時(shí)電價(jià):雙層規(guī)劃模型:削峰填谷

一、引言

傳統(tǒng)能源漸趨枯竭，環(huán)境問題愈發(fā)突出，電動(dòng)汽車作為新能源產(chǎn)業(yè)代表，因低污染與高轉(zhuǎn)換率獲政府大力扶持。伴隨汽油成本上升與電池技術(shù)進(jìn)步，其漸成傳統(tǒng)燃油汽車替代品并廣受歡迎，未來市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。但大規(guī)模電動(dòng)汽車無序接入電網(wǎng)充電，其負(fù)荷峰值可能超電網(wǎng)傳輸極限，打破供需平衡并影響電壓穩(wěn)定。為此可從有序智能充電、充電定價(jià)策略等方面探討，本文從價(jià)格視角出發(fā)，兼顧電網(wǎng)與用戶，借價(jià)格引導(dǎo)充電行為以保障電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。

二、問題背景

2.1問題描述

多數(shù)電動(dòng)汽車通勤用戶傾向于在自家住宅區(qū)充電，下班后在居民用電高峰時(shí)段立即充電，致使充電負(fù)荷與生活用電負(fù)荷在高峰期高度重合。本文聚焦居民住宅區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車，考量電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)與用戶利益，構(gòu)建雙層規(guī)劃模型制定不同時(shí)段快慢充電電價(jià)，借價(jià)格杠桿改變用戶充電行為，達(dá)成 “削峰填谷”，保障居民用電與電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

2.2問題假設(shè)

研究基于以下假設(shè)：居民住宅區(qū)充電樁一車一樁，用戶依電價(jià)自主選充電時(shí)段與方式且互不干擾；用戶需求電量不超停車時(shí)間內(nèi)可充電量；未實(shí)施分時(shí)電價(jià)時(shí)，用戶歸家即慢充；每輛電動(dòng)汽車固定充電方式下電池電量與時(shí)間呈線性關(guān)系。

三、模型建立

電網(wǎng)總負(fù)荷由電動(dòng)汽車充電負(fù)荷與小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷構(gòu)成，電動(dòng)汽車充電負(fù)荷可依各車充電方案確定，而充電方案受充電電價(jià)左右，故充電電價(jià)可依電網(wǎng)總負(fù)荷制定。

3.1下層模型

將一天分 24 個(gè)時(shí)段，以 t 表示。下層模型針對使用電動(dòng)汽車且回小區(qū)充電的用戶，設(shè)電動(dòng)汽車總量為 N，編號 n∈N={1,2,…,k}，可充電時(shí)段在用戶回小區(qū)時(shí)間 in 后至離小區(qū)時(shí)間 jn 前，起始時(shí)段以歸家時(shí)刻所在小時(shí)段 t = shn 表示，結(jié)束時(shí)段以離家時(shí)刻所在小時(shí)段 t = ehn 表示，依據(jù)歸家和離家時(shí)間及需求充電電量 Q，規(guī)劃電動(dòng)汽車在小區(qū)停車期間各時(shí)段充電方案。下層模型目標(biāo)為使電動(dòng)汽車 n 的充電費(fèi)用最小化，通過各時(shí)段不同充電方式充電量與單位電價(jià)乘積之和計(jì)算，進(jìn)而輸出各車充電方案。

3.2上層模型

上層模型針對小區(qū)整個(gè)電網(wǎng)，考量居民生活基礎(chǔ)負(fù)荷與電動(dòng)汽車充電負(fù)荷疊加對電網(wǎng)波動(dòng)的影響以及居民電費(fèi)變動(dòng)程度，盡量降低電費(fèi)變動(dòng)幅度，一定程度維護(hù)電力供應(yīng)商利益。目標(biāo)函數(shù)為使一天 24 小時(shí)各時(shí)段總負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差及電價(jià)改變前后用戶充電總費(fèi)用變動(dòng)最小化，由此確定各時(shí)段快慢充電價(jià)。

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(yùn)營管理平臺依托物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，可對充電樁進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度與管理，提升利用率與充電效率，優(yōu)化用戶體驗(yàn)與服務(wù)質(zhì)量。用戶可借 APP 或小程序提前預(yù)約充電，避免排隊(duì)并為調(diào)度管理提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。平臺能實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁功率、電壓、電流等參數(shù)，及時(shí)處理故障異常，管控功率以防電網(wǎng)過載。

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(chǔ)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(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營成本，平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 充電樁運(yùn)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(jì)、使用率排行、運(yùn)營統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖4 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖5 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)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(yùn)營趨勢統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營信息查詢、站點(diǎn)對比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖7 運(yùn)營趨勢界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)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(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)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

安科瑞提供慢充、快充及便攜式、壁掛式、落地式等多種類型充電樁，如智能 7kW/21kW 交流充電樁，30kW 直流充電樁，60kW/80kW/120kW/180kW 直流一體式充電樁等，以滿足新能源汽車行業(yè)運(yùn)營需求。其具備智能監(jiān)測（控制器可測量、控制與保護(hù)）、智能計(jì)量（配置電能表計(jì)量）、云平臺連接（實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)表分析）、遠(yuǎn)程升級（可遠(yuǎn)程升級設(shè)備軟件）、保護(hù)功能（防雷、過載等保護(hù)）及適配國標(biāo)車型（適配各符合國標(biāo)的電動(dòng)汽車及不同功率）等特性，并附具體產(chǎn)品型號與技術(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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(gè)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(gè)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)電動(dòng)汽車無序接入電網(wǎng)現(xiàn)象構(gòu)建雙層規(guī)劃模型，為 24 時(shí)段分別制定電價(jià)。下層模型依上層分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)用戶錯(cuò)峰充電并使充電費(fèi)用最小，上層模型依據(jù)下層充電負(fù)荷優(yōu)化分時(shí)電價(jià)以平抑電網(wǎng)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn) “削峰填谷” 保障電網(wǎng)安全。

該模型顯著減小電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，供電穩(wěn)定性提升 57.66%，且降低用戶充電費(fèi)用，電動(dòng)汽車平均充電時(shí)長縮減 29.17%。

模型優(yōu)化無時(shí)間限制，適用于周末節(jié)假日。

考慮到電動(dòng)汽車用戶歸家、離家時(shí)間的隨機(jī)性，后續(xù)需強(qiáng)化模型魯棒性；鑒于小區(qū)充電樁數(shù)量有限且本文基于一車一樁假設(shè)，未來可深入探究共享充電樁情境下的充電定價(jià)策略。

參 考 文 獻(xiàn)：

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審核編輯 黃宇