蔣怡靜，于艾清
上海電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院
黃敏麗
上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
引文信息
蔣怡靜, 于艾清, 黃敏麗. 考慮用戶滿意度的電動(dòng)汽車時(shí)空雙尺度有序充電引導(dǎo)策略[J]. 中國(guó)電力, 2020, 53(4): 122-130.
JIANG Yijing, YU Aiqing, HUANG Minli. Coordinated charging guiding strategy for electric vehicles in temporal-spatial dimension considering user satisfaction degree[J]. Electric Power, 2020, 53(4): 122-130.
研究背景
近年來(lái)，化石能源、環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，各國(guó)政府急需改變能源消費(fèi)組成結(jié)構(gòu)，將著眼點(diǎn)放在了減小化石能源污染、清潔能源的有效利用上，而電動(dòng)汽車以其具有的綠色、環(huán)保、能效高、低噪聲等傳統(tǒng)燃油汽車無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，受到了廣泛關(guān)注。在我國(guó)政府和企業(yè)的支持下，陸續(xù)加速建設(shè)電動(dòng)汽車能源供給設(shè)施，并為我國(guó)電動(dòng)汽車的大力推行及大規(guī)模的應(yīng)用不斷地打下了基礎(chǔ)。未來(lái)的社會(huì)勢(shì)必是以環(huán)保與低碳經(jīng)濟(jì)作為發(fā)展目標(biāo)，而電動(dòng)汽車作為新能源汽車的代表，其大規(guī)模的應(yīng)用也是發(fā)展趨向。
論文所解決的問(wèn)題及意義
由于用戶的出行習(xí)慣和特性，電動(dòng)汽車的充電行為在時(shí)間尺度和時(shí)間尺度上均具有不確定和隨機(jī)的特性。在缺乏對(duì)電動(dòng)汽車充電進(jìn)行引導(dǎo)的情況下，大量的電動(dòng)汽車以無(wú)序的形式接入電網(wǎng)進(jìn)行充電，電動(dòng)車在無(wú)序充電情況下在時(shí)間和空間尺度上對(duì)不同的主體造成的影響如圖1所示。文章基于車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的可靠分析能力，研究規(guī)?；碾妱?dòng)汽車的有序充電引導(dǎo)策略，通過(guò)合理制定電動(dòng)汽車時(shí)空雙尺度的充電引導(dǎo)策略，引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶充電行為，充分發(fā)揮其“移動(dòng)負(fù)荷”的作用，使電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，能增加電動(dòng)汽車規(guī)?；б?，有效推動(dòng)電動(dòng)汽車有序發(fā)展。
圖1 電動(dòng)汽車無(wú)序充電行為影響
論文重點(diǎn)內(nèi)容
基于融合樁聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)云平臺(tái)，構(gòu)建電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，其主要架構(gòu)如圖2。云平臺(tái)獲取電網(wǎng)的負(fù)荷與電價(jià)信息；樁聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的充電站的地理位置及充電設(shè)備的使用情況；交通網(wǎng)內(nèi)各道路通行情況；車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)車輛位置和電池運(yùn)行狀態(tài)、用戶充電要求等。云平臺(tái)分析各方上傳的數(shù)據(jù)后，向用戶推薦合理充電策略。
圖2 電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)架構(gòu)
根據(jù)用戶參與系統(tǒng)時(shí)間調(diào)度意愿將電動(dòng)汽車分為以用戶自主便利性為主的電動(dòng)汽車群體A及可接受延時(shí)充電的群體B，制定適用于不同充電要求群體的電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)策略，其流程圖如圖3所示。
圖3 有序充電引導(dǎo)流程
電動(dòng)汽車的充電行為完全遵從車主的意愿，為了充分調(diào)動(dòng)用戶的參與性，分別建立了用戶費(fèi)用滿意度和用戶出行滿意度函數(shù)，如圖4所示。用戶費(fèi)用滿意度函數(shù)同時(shí)考慮了調(diào)度時(shí)段內(nèi)充電費(fèi)用及該車實(shí)際充電量超過(guò)預(yù)約充電量所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。用戶出行滿意度函數(shù)考慮了總路程消耗的時(shí)間及用戶排隊(duì)等待時(shí)間。
圖4 用戶滿意度函數(shù)
基于上述思想，建立時(shí)空雙尺度優(yōu)化模型。時(shí)間層優(yōu)化模型如圖5所示，將負(fù)荷曲線峰谷差最小和負(fù)荷波動(dòng)最小都列入目標(biāo)函數(shù)內(nèi)。同時(shí)，將用戶充電費(fèi)用滿意度考慮在內(nèi)，最大程度發(fā)揮用戶的參與度。
圖5 時(shí)間層優(yōu)化模型
以時(shí)間層得到在各時(shí)間段開(kāi)始充電的電動(dòng)汽車數(shù)量作為約束條件，建立空間層實(shí)時(shí)優(yōu)化模型，進(jìn)行充電站選擇。在充電站角度，希望按充電站充電設(shè)備的規(guī)模來(lái)均勻分配車輛；在用戶角度，以用戶出行滿意度最大為目標(biāo)函數(shù)。因此建立的空間層優(yōu)化模型如圖6所示。
圖6 空間層優(yōu)化模型
在某路網(wǎng)上，應(yīng)用所提出的充電引導(dǎo)策略對(duì)800輛電動(dòng)汽車充電行為進(jìn)行仿真，并考慮有40%的電動(dòng)汽車用戶接受充電時(shí)間調(diào)度。電動(dòng)汽車無(wú)序和有序接入情況下的總負(fù)荷曲線如圖7所示。觀察到在電動(dòng)汽車在有序接入情況下的負(fù)荷曲線峰谷差明顯減小且波動(dòng)較平穩(wěn)。
圖7 優(yōu)化前后的負(fù)荷曲線
電動(dòng)汽車有序接入充電模式將充電設(shè)備閑置的部分充電站進(jìn)行充分利用，可從圖8可以觀察到調(diào)度后的充電負(fù)荷較集中在上午5點(diǎn)至7點(diǎn)，且各時(shí)段充電負(fù)荷分布較均衡。將車輛引導(dǎo)至低谷時(shí)段，避開(kāi)了負(fù)荷高峰時(shí)段，因而不會(huì)加重電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。
圖8 有序接入下處于充電狀態(tài)的EV數(shù)量圖
文章研究了不同場(chǎng)景下的電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)控制效果，如表1所示，其中指標(biāo)1-4分別代表負(fù)荷峰谷差、負(fù)荷離差平方和、平均費(fèi)用滿意度和平均出行滿意度。
表1 4種場(chǎng)景下控制策略指標(biāo)對(duì)比
參與調(diào)度的電動(dòng)汽車負(fù)荷越多，負(fù)荷峰谷差及負(fù)荷波動(dòng)越小，用戶平均充電滿意度越大，用戶平均出行滿意度保持在0.9左右，具有較好的控制效果。由于充電設(shè)備和系統(tǒng)容量的限制，當(dāng)電動(dòng)汽車總量增加時(shí)，更多的電動(dòng)汽車在平時(shí)段和峰時(shí)段進(jìn)行充電，導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)增加且用戶平均充電費(fèi)用滿降低。由于要保證充電站的充電設(shè)施利用率平衡，電動(dòng)汽車數(shù)量增加時(shí)，用戶進(jìn)行充電站選擇的余地變小，用戶平均出行滿意度減小。
研究結(jié)論
以車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，遵循電動(dòng)汽車用戶參與調(diào)度的意愿，制定了電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)策略，解決了規(guī)?；妱?dòng)汽車的無(wú)序充電造成的不利影響，有效實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電時(shí)間及充電地點(diǎn)的最優(yōu)分配，大幅降低了電動(dòng)汽車的出行代價(jià)并達(dá)到了改善配電網(wǎng)及充電站運(yùn)行情況的效果，為電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)提供了一種有效思路。
主要作者介紹
第一作者：蔣怡靜，女，碩士，從事電動(dòng)汽車充電調(diào)度方面研究。
E-mail：jiang_yijing@mail.shiep.edu.cn。
第二作者：于艾清，女，博士，副教授，從事生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化、智能優(yōu)化算法研究。
E-mail：yuaiqing@shiep.edu.cn。
