电动汽车充电负荷管理：双层规划模型优化分时电价策略
电动汽车充电负荷管理：双层规划模型优化分时电价策略
随着电动汽车的普及，大量车辆在用电高峰时段集中充电给电网带来了巨大压力。本文提出了一种双层规划模型，通过制定分时电价策略，引导用户错峰充电，有效缓解了这一问题。
环境污染和能源危机问题越发严重，电动汽车因其低排放、低噪音等优势受到广泛关注。但大量接入电网充电的电动汽车将会对电力系统产生巨大影响。特别是生活区域，电动汽车用户普遍习惯下班后进入小区立即给电动汽车充电，而这一时期正值居民生活用电高峰时期，大规模不受控的充电行为将对供电系统产生安全风险，影响电网的正常运行。
针对这一现象，研究者以“削峰填谷”为主要目标，建立住宅区内电动汽车充电电费定价的双层规划模型。下层是个人用户充电电费最小化模型，得到充电负荷；上层是电网负荷时间分布均衡模型，求得快、慢两种充电方式的分时电价。通过分时电价改变居民的充电行为，引导居民错峰充电。最后通过算例表明电网供电稳定性提高了57.66%。
充电桩云平台的功能
充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。
通过平台可对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况。对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。
平台除了对充电桩的监控外，还对充电站的光伏发电系统、储能系统以及供电系统进行集中监控和统一协调管理，提高充电站的运行可靠性，降低运营成本。平台系统架构如图所示。
为广大用户提供慢充和快充两种充电方式，便携式、壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kw/21kw交流充电桩，30kw直流充电桩，60kw/80kw/120kw/180kw直流一体式充电桩来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，同时为提高公共充电桩的效率和实用性，具有有智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能；智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能；云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等；远程升级：具备完善的通讯功能，可远程对设备软件进行升级；保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能；适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。
针对住宅区内大规模电动汽车无序接入电网的现象，研究者建立了双层规划模型，为一天24个时段分别制定不同的电价。下层模型利用上层得到的分时电价，引导每名电动汽车用户错峰充电，保证所有用户充电费用最小化。将下层模型得到的充电负荷输入上层优化分时电价，逐渐平抑电网波动，“削峰填谷”，保证电网安全。
研究结果显示：
- 优化模型大大减小了电网负荷波动，供电稳定性提高57.66%，也一定程度降低了用户的充电费用，电动汽车的充电时长平均减少29.17%。
- 该模型在优化适用时间上没有限制，也可适用于周末节假日时期。
- 电动汽车用户的归家、离家时间具有很强的随机性，以后还应考虑这一因素，加强模型的鲁棒性；另外小区电动汽车充电桩数量有限，本文考虑的是所有电动汽车“一车一桩”的情况，未来还可以进一步分析共享充电桩下的电动汽车充电定价策略。