汽车充电中负荷分布的定价策略
汽车充电中负荷分布的定价策略
随着环境污染和能源危机问题日益严重，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。
问题背景
对于大部分电动汽车用户，尤其是每天固定时间上下班的通勤人员，普遍会选择在自家住宅区充电，而许多用户下班回家后在用电需求已经达到高峰的时期立即给汽车充电，这些随机的充电行为会导致充电负荷和居民生活用电负荷在高峰期高度重叠。
解决方案
针对这一现象，研究者建立了一个以“削峰填谷”为主要目标的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。
图1：充电桩云平台功能示意图
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。
图2：充电桩云平台系统架构
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。
图3：充电桩云平台系统架构
双层规划模型
针对住宅区内大规模电动汽车无序接人电网的现象建立双层规划模型，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人上层优化分时电价,逐渐平抑电网波动，“削峰填谷”保证电网安全。
图4：双层规划模型示意图
结论
- 优化模型不但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。