淺談居民小區(qū)電動(dòng)汽車有序充電策略研究



    關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車;有序充電;延遲充電;削峰填谷;儲(chǔ)能
    0引言
           隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng),**能源被大量消耗,產(chǎn)生大量的環(huán)境污染。機(jī)動(dòng)車輛已經(jīng)成為生產(chǎn)生活中的一部分,使用燃油車無疑會(huì)增加 CO2的排放。雖然新能源發(fā)電被越來越多地引入電網(wǎng),如光伏發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電等。但由于二者的功率輸出是隨機(jī)波動(dòng)的,會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響,產(chǎn)生電能質(zhì)量問題。因此,減少燃油車的使用,從燃油動(dòng)力汽車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車(Electric Vehicle,EV)是解決汽車造成的環(huán)境污染的有效手段。當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)的有序充電對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展起著越來越大的作用。隨著EV的大規(guī)模使用,有序充電對(duì)電網(wǎng)及分布式能源的重要性日益增強(qiáng),需要解決EV充電問題。目前針對(duì)EV充電的研究?jī)?nèi)容主要涉及充電負(fù)荷預(yù)測(cè)、V2G、EV參與輔助服務(wù)、配電網(wǎng)規(guī)劃、充電站規(guī)劃等,也有一些學(xué)者對(duì)EV充電分層分區(qū)調(diào)度策略進(jìn)行了研究。居民小區(qū)具有用車規(guī)律性強(qiáng)、可控性強(qiáng)、方便調(diào)研等優(yōu)勢(shì),因此將居民小區(qū)作為研究對(duì)象,針對(duì)EV在居民小區(qū)充電過程中隨機(jī)停放且無序充電對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的嚴(yán)重隱患及充電間時(shí)過長(zhǎng)的問題,提出一種采用延遲充電的EV有序充電控制策略。
    1 EV有序充電策略
    1.1 EV有序充電控制架構(gòu)
           EV充電將成為居民區(qū)電力需求的重要組成部分,需要從配電網(wǎng)規(guī)劃原則和負(fù)荷分布的影響等方面展開研究。結(jié)合概率收費(fèi)模型和電力消費(fèi)數(shù)據(jù),在標(biāo)準(zhǔn)中定義的不同充電功率下,隨機(jī)模擬不受控制、限制和價(jià)格優(yōu)化的 EV充電產(chǎn)生的影響。將大量EV推遲至用電谷時(shí)段進(jìn)行充電以減小EV充電對(duì)小區(qū)變壓器的沖擊,并且考慮到分時(shí)電價(jià)可減少用戶充電費(fèi)用,提高經(jīng)濟(jì)性,保證EV與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)發(fā)展。EV有序充電控制架構(gòu)如圖1所示。

    1
    圖1 EV有序充電控制框架

    1.2延遲充電的充電變量定義
           EV返回后駐車時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算方法為 TS = tout - tback,(1)式中:TS為用戶駐車時(shí)長(zhǎng),h;tout為用戶外出時(shí)刻;tback為用戶返回時(shí)刻。EV結(jié)束充電時(shí)刻tover的表達(dá)式為 tover = tstart + Tcha,(2)式中:tstart為充電開始時(shí)刻;Tcha為充電時(shí)長(zhǎng),h。設(shè)t時(shí)刻共有m輛EV進(jìn)行充電,則EV充電總 功率Pt,EV和功率Pa.t的表達(dá)式為 Pt,EV =∑PEV,(3)式中:PEV為EV荷電功率。Pa.t = Pmax - Pload - Pt,EV,(4)式中:Pmax為功率限值,kW;Pload為除EV充電之外的日常負(fù)荷,kW。EVi進(jìn)行有序充電的**級(jí)計(jì)算方法為 γ = 1 - TS - Tcha 24 - Tout ,(5)式中:γ為EV充電**級(jí)。
           在設(shè)計(jì)EV的充電**級(jí)時(shí),設(shè)置當(dāng)γ=1時(shí)的**級(jí)高,EV**進(jìn)行充電;γ=0 時(shí)的**級(jí)較低,EV*后進(jìn)行充電。為了讓EV在車主離開小區(qū)時(shí)處于滿電狀態(tài),需要設(shè)置車主的**級(jí)γ=1,確保EV電池狀態(tài)達(dá)到滿電狀態(tài)。
    1.3有序充電策略具體執(zhí)行方式
           EV有序充電設(shè)計(jì)重要的部分是對(duì)延遲充電條件的設(shè)置,通過對(duì)滿足條件的EV延遲充電且不影響用戶的期望充電量為基礎(chǔ),完成對(duì)居民小區(qū)EV有序充電的控制。當(dāng)用戶把 EV連接到充電樁時(shí),可通過充電樁的人機(jī)交互界面對(duì)EV的期望荷電狀態(tài)、用戶預(yù)計(jì)離開時(shí)刻進(jìn)行設(shè)定。充電樁通過充電控制系統(tǒng)獲得EV的電池信息,并將EV的充電負(fù)荷信息上傳至有序充電控制器,有序充電控制器獲得各個(gè)EV的充電負(fù)荷信息后對(duì)EV的充電進(jìn)行控制,其實(shí)施流程如圖2所示,具體如下。
    2
    圖2采用延遲充電的EV有序充電流程
    在t時(shí)刻將已經(jīng)充電完成的EV從計(jì)算充電序列中剔除。
    檢測(cè)有無EV接入,若有則判斷是否符合延遲充電條件,若無EV接入則轉(zhuǎn)入步驟
    延遲充電條件:EV離開時(shí)刻在谷時(shí)段開始之后,且用戶返回時(shí)刻到*遲充電完成時(shí)刻的時(shí)長(zhǎng)大于EV充電所需時(shí)間。若上述延遲充電條件均滿足則EV進(jìn)入有序充電控制器的充電等待序列中,否則立即對(duì)EV充電以保證充電結(jié)束時(shí)的電池電量較大程度接近用戶期待荷電。
    (4)有序充電控制采集t時(shí)刻該小區(qū)實(shí)時(shí)負(fù)荷信息,尋找充電等待序列**級(jí)EV。
    (5)若EV充電**級(jí) γ=1,則有序充電控制器對(duì)充電樁下達(dá)命令使其對(duì)EV進(jìn)行充電,若充電**級(jí)γ≠1,則采用當(dāng)日制定的功率限制值計(jì)算t時(shí)刻功率裕度判斷功率裕度是否大于EV充電功率。
    (6)若功率裕度大于EV充電功率則對(duì)EV進(jìn)行充電,記錄開始時(shí)間,計(jì)算結(jié)束時(shí)間,并較新功率裕度,繼續(xù)尋找本時(shí)刻高**級(jí)的EV,判斷是否可以進(jìn)行充電,直到充電**級(jí)γ≠1 且功率裕度小EV充電功率(判定**級(jí)γ=1的邏輯為:當(dāng)EV在t時(shí)刻到*遲完成充電時(shí)刻等于充電所需時(shí)長(zhǎng)時(shí)開始充電、當(dāng)停留時(shí)長(zhǎng)等于充電時(shí)長(zhǎng)時(shí)開始充電。其他充電**γ≠1的車輛均根據(jù)功率裕度判斷是否進(jìn)行充電)。
    (7)判斷 t時(shí)刻是否晚于谷時(shí)段開始時(shí)刻,是則結(jié)束循環(huán),控制結(jié)束,否則重新執(zhí)行步驟,為較加直觀地展現(xiàn)上述過程,通過問卷收集了15條居民小區(qū)EV充電數(shù)據(jù),見表1。

    表1 居民小區(qū)EV充電數(shù)據(jù)

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           設(shè)該小區(qū)的峰谷時(shí)段為21:00至次日08:00。在不考慮功率限制、僅滿足**級(jí)但不具體根據(jù)**級(jí)進(jìn)行有序充電的情況下,對(duì)上述控制邏輯進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬,結(jié)果如圖3所示,并與即充即走的無序充電模式進(jìn)行對(duì)比。圖3中藍(lán)色為EV充電時(shí)間,紅色為 EV可以進(jìn)行充電的時(shí)間。由圖 3 可見:C,G, H,I,J,K,L 號(hào) EV 均可在峰谷時(shí)進(jìn)行充電。但由于沒有有序充電策略的幫助,導(dǎo)致原本可以延遲充電的EV在到達(dá)小區(qū)時(shí)就立即開始充電,導(dǎo)致用電高峰時(shí)有大量EV接入電網(wǎng)進(jìn)行充電,給小區(qū)的變壓器帶來很大的負(fù)擔(dān),甚至?xí)a(chǎn)生安全隱患。

      4
    圖3即充即走的無序充電模式
           如果采用有序充電策略,如圖4所示,21:00前用電高峰階段進(jìn)行充電的EV數(shù)量明顯減少,從9輛減少為5輛。同時(shí),21:00后用電峰谷時(shí)段的充電EV由3輛增加至7輛,顯著降低了用電高峰期的變壓器負(fù)荷,同時(shí)利用夜晚用電谷時(shí)段進(jìn)行充電,達(dá)到了削峰填谷的目的。
    2 EV有序充電算例分析
           對(duì)提出的EV有序充電策略進(jìn)行試驗(yàn)算例分析,并利用結(jié)果證明有序充電策略的有效性。
    2.1參數(shù)設(shè)置
           為進(jìn)行分析,通過問卷調(diào)查獲取小區(qū)EV回到社區(qū)的時(shí)間如圖5所示。所采訪小區(qū)的用電負(fù)荷高峰出現(xiàn)在20:00,功率峰值約900kW,其次為12:00,功率峰值約600 kW。EV返回后電池平均剩余容量為 50%。通過問卷獲取EV離開社區(qū)的時(shí)間和EV充滿電所用時(shí)間分別如圖6及圖7所示。
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    圖5EV 返回小區(qū)時(shí)間

    6
    圖6EV 離開小區(qū)時(shí)間

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    圖7 EV 充電時(shí)長(zhǎng)
           對(duì)用戶充電行為進(jìn)行如下設(shè)。
           用戶出行數(shù)據(jù)取自圖5—7,共計(jì)44輛EV,充電樁的配比為1∶1,可隨時(shí)接入充電樁,等待有序充電控制器的控制。
    (2)充電樁為慢速交流充電裝置,充電功率為7kW,谷時(shí)段為22:00—次日08:00。
    (3)EV每天返回后均進(jìn)行充電,用戶期望駕車離開時(shí)EV電池電量為**。
    (4)變壓器的負(fù)荷紅線為1100kW。
    2.2結(jié)果
           利用提出的EV有序充電策略對(duì)案例進(jìn)行分析,可得出有序充電和無序充電波動(dòng)曲線如圖8所示。從有序充電和無序充電曲線的波動(dòng)可以看出,不采用有序充電策略,EV充電處于大規(guī)模無序狀態(tài),且EV的充電高峰期出現(xiàn)在一天中的用電高峰期到凌晨。此時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)的用電量即為負(fù)荷的高峰,電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷壓力也很大。而在有序充電模式下,通過合理地安排EV充電順序,可有效縮短EV充電時(shí)間,并將原本在用電高峰期充電的EV安排到其他時(shí)間段充電,提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行,降低電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷壓力。

    8
    圖8 EV有序充電于無序充電負(fù)荷對(duì)比
           為了較直觀地體現(xiàn)有序充電的控制效果,計(jì)算44輛EV在無序充電充電模式和有序充電模式下的峰谷差,結(jié)果見表2。


    9

           從表2無序充電充電模式和有序充電模式下負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)比可見: EV數(shù)量相同的情況下,有序充電模式的負(fù)荷總峰值遠(yuǎn)小于無序充電充電模式時(shí)的總峰值,且無序充電充電模式已經(jīng)**過負(fù)荷的紅線(1100kW),而有序充電模式可以保證負(fù)荷的穩(wěn)定性;從負(fù)荷的峰谷差可以看出,有序充電模式的峰谷差僅為無序充電充電模式峰谷差的1/2??梢娞岢龅幕贓V延遲充電的有序充電策略可以有效控制EV充電安全,并達(dá)到削峰填谷、錯(cuò)峰充電的目的,對(duì)EV的推廣具有一定的積極意義。
    3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)
    3.1概述
           AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控,實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理,交易結(jié)算,資要管理、電能管理,明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓,欠壓,絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警;充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng),用戶通過微信、支付寶,云閃付掃碼充電。
    3.2應(yīng)用場(chǎng)所
           適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。
    3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    1

    3.3.1系統(tǒng)分為四層:
    1)即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。
    2)數(shù)據(jù)采集層:包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù),并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。
    3)網(wǎng)絡(luò)傳輸層:通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
    4)數(shù)據(jù)中心層:包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器,應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站,數(shù)據(jù)部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
    5)應(yīng)客戶端層:系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
           小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能,同時(shí)為運(yùn)維提供運(yùn)維APP,充電用戶提供充電小程序。
    3.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
    3.4.1智能化大屏
           智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況,對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示,同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁,查看設(shè)備使用率,合理分源。
    2

    3.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控
           實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況,主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流,充電樁告警信息等。 
    3
    3.4.3交易管理
           平臺(tái)管理可管理充電用戶賬戶,對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作,可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

    4
    設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息,平臺(tái)管理可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理,同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送,運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。
    5

    3.4.5統(tǒng)計(jì)分析
           通過系統(tǒng)平臺(tái),從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、充電時(shí)間、充電方式等不同角度,查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
    6

    3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
           在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶,運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施,維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng),同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。31e1269de39889ce8e4ef7d3a9c1e2c
    7

    3.4.7運(yùn)維APP
           面向運(yùn)維人員使用,可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況,進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置,同時(shí)可接收故障推送。

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    3.4.8充電小程序
           面向充電用戶使用,可查看附近空閑設(shè)備,主要包含掃碼充電、賬戶充值,充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
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    3.5系統(tǒng)硬件配置


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    4結(jié)束語(yǔ)
           EV的充電周期與人們的生活習(xí)慣密切相關(guān)。隨著全國(guó)EV保有量逐年增多,EV大量無序充電的 充電模式將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響,因此有必要對(duì)居民區(qū)的EV充電進(jìn)行合理規(guī)劃,提出合理的家用EV充電策略,確保電網(wǎng)充電區(qū)域的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
           從EV充電的選擇策略著手進(jìn)行研究,介紹了E有序充電的基礎(chǔ)理論,分析了大規(guī)模 EV充電過程中遇到的問題。介紹了EV充電策略的理論基礎(chǔ),對(duì)EV充電的模式進(jìn)行了分析,然后針對(duì)居民小區(qū)充電充電模式提出了一種基于延遲充電的EV有序充電策略,并對(duì)充電策略的總體框架進(jìn)行了分析。
           以實(shí)際居民小區(qū)EV充電為例進(jìn)行分析,明了本文提出的EV有序充電策略的方法能 夠?qū)崿F(xiàn)EV有序充電,并有效降低充電總峰值,達(dá)到削峰填谷、錯(cuò)峰充電的目的,表明提出的有序充電策略方法設(shè)計(jì)的有效性。

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  • 基于羅氏線圈的電流變送器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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  • 淺談能耗分析在醫(yī)院節(jié)能中的管理

    關(guān)鍵詞:醫(yī)院節(jié)能;精細(xì)化管理;能源管理系統(tǒng);能耗分析0引言? ? ? ?醫(yī)院作為一種公共建筑,由于其特殊的使用功能,人流量大,設(shè)備設(shè)施構(gòu)成復(fù)雜,部分設(shè)備設(shè)施需要24h不間斷運(yùn)行,因此能耗量非常巨大,已有很多相關(guān)研究顯示,醫(yī)院的能耗是一般公共建筑的1.6~2.0倍。隨著社會(huì)發(fā)展,人民對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)就醫(yī)環(huán)境、服務(wù)水平要求的提高,使得醫(yī)院的能耗呈逐年攀升的趨勢(shì),醫(yī)院節(jié)

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