充换电站模式下电动汽车参与物流配送的电能补给方式规划

摘 要：考虑充换电站（battery charging and swapping station, BCSS）同时提供充、换电2种电能补给方式的运营模式,相比仅在充电站或换电站模式下,电动汽车（electric vehicle, EV）参与物流配送的电能补给方式规划可能获得更低的物流配送成本。在满足EV配送途中的行驶约束和回到配送中心的慢速充放电约束的前提下,以EV配送路径、充换电模式选择以及慢速充放电策略为决策变量,以EV参与物流配送的快速充电成本、换电成本、车辆损耗成本和慢速充放电成本之和最小为优化目标,构建了确定EV在BCSS模式下的电能补给方式的最优规划模型。最后,以33节点的物流配送系统为例进行数值仿真,分析了电动汽车在配送途中的电能补给方式对运输成本和慢速充放电成本的影响,以及电动汽车回到配送中心的慢速充放电策略对物流配送总成本的影响。     

电动汽车换电站参与电力市场辅助服务的经济效益研究

换电模式可提高电动汽车的运营效率,能够更好地实现与电网互动。以电动汽车换电站为研究对象,分析换电站的运营模式,建立能量守恒模型和经济收益模型,探索以辅助服务方式提升换电站经济收益的可行性和潜力,研究电池参数、电池配比等关键因素对收益的影响。结果表明：仅通过提升换电站电池数量,并不能有效提升收益。当动力电池的度电成本下降约10%或循环次数提升约15%时,换电站通过辅助服务模式可实现投资收益平衡,相比于降低度电价格提升动力电池的循环次数对换电站运营收益的影响更大。     

电动汽车换电站参与电力市场辅助服务的经济效益研究

换电模式可提高电动汽车的运营效率,能够更好地实现与电网互动。以电动汽车换电站为研究对象,分析换电站的运营模式,建立能量守恒模型和经济收益模型,探索以辅助服务方式提升换电站经济收益的可行性和潜力,研究电池参数、电池配比等关键因素对收益的影响。结果表明：仅通过提升换电站电池数量,并不能有效提升收益。当动力电池的度电成本下降约10%或循环次数提升约15%时,换电站通过辅助服务模式可实现投资收益平衡,相比于降低度电价格提升动力电池的循环次数对换电站运营收益的影响更大。     

基于微电网的电动汽车换电站运营策略

提出了一种基于微电网的电动汽车换电站运营模式,建立了换电站充放电模型。根据换电站内充放电装置和电池组的约束,结合含有风电、光伏、燃料电池、微型燃气轮机、柴油发电机等电源的微电网,提出了含电动汽车换电站的微电网优化调度策略,并将换电站接入模式与传统储能电站接入模式进行了对比。算例表明,换电站也可以发挥削峰填谷的作用,且更具经济性。最后对市场容量、换电池价格及可再生能源渗透率等因素对经济性的影响进行了分析,提出的激励指数可为换电池价格、电池租赁价格的制定提供参考。     

基于模块分割式电池的换电站充电策略优化

换电模式因具有方便统一管理和利于快捷出行的特点,成为电动汽车不可或缺的一种能源供给模式,充分发挥换电模式的优势进行有序充电对换电站的发展具有重要的意义。在采用K最邻近算法对考虑变量间存在耦合关系的出行数据进行拟合的基础上,建立以电池间的状态转移关系为主要约束条件,以换电站的运营净利润为优化目标的模块分割式换电站有序充电模型,最后采用CPLEX求解器对该混合整数规划问题进行求解,并结合不同的电价策略加以分析。算例结果表明,在不同的电价策略下,相较于整车式换电站,模块分割式换电站在提高运营净利润方面具有明显的优势,且合理的电价策略能更加充分地发挥换电站的削峰填谷作用。     

电动汽车充换电站的成本效益模型及敏感性分析

电动汽车充换电站(battery charging and swapping station,BCSS)是中国电动汽车应用的重要基础设施之一,得到了广泛关注和示范推广。BCSS的成本收益模型对BCSS商业化推广是至关重要的,文中探讨了电动汽车BCSS的组成结构和运营模式,选择以电池租赁运营模式的BCSS为研究对象,考虑了其投资成本、运营和维护费用、人工薪酬等成本及充换电服务等收益,建立了基于净现值动态评价指标的电动汽车BCSS成本效益模型。最后以中国某大型电动汽车充换示范电站为实例,分析了该电站在全寿命周期内的成本收益模型,并进行了敏感性分析,得出了影响BCSS收益的关键因素依次为充换电服务价格、电池租赁费用、购电价格等。该模型及分析结果为电动汽车BCSS商业化运行提供了成本收益评估和决策依据。     

“车-电-路-站”互联下电动出租车换电需求预测及换电站充电优化策略

换电模式作为快速电能补充的主要方式之一,具有换电速度快、电池可控性强等优点,可以为亟需电能补充的电动汽车提供服务。从电池规格统一的角度来看,电动出租车与换电模式的兼容性较强,因此研究换电模式下电动出租车需求预测及换电站充电优化策略具有重要的意义。首先,建立了基于换电模式的“车-电-路-站”互联系统,在此基础上根据电动出租车的出行行为及站内换电行为对换电需求进行预测;然后,分析了换电站的“用户链-电池链”交互运行模式,提出了高峰储能利用率的概念,分析了换电模式下快速电能补充车辆作为储能资源的可行性;最后,提出了一种考虑平抑负荷波动和提高储能利用率的两阶段日前优化策略,对典型换电模式下电动出租车电池进行充电计划安排,并对储能利用效果进行量化分析。仿真结果表明,换电需求具有波浪形变化趋势,所提方法能够有效发挥换电站内电池的可控、储能特点,起到平抑负荷波动、削峰填谷的作用。     

“车-电-路-站”互联下电动出租车换电需求预测及换电站充电优化策略

换电模式作为快速电能补充的主要方式之一,具有换电速度快、电池可控性强等优点,可以为亟需电能补充的电动汽车提供服务。从电池规格统一的角度来看,电动出租车与换电模式的兼容性较强,因此研究换电模式下电动出租车需求预测及换电站充电优化策略具有重要的意义。首先,建立了基于换电模式的“车-电-路-站”互联系统,在此基础上根据电动出租车的出行行为及站内换电行为对换电需求进行预测;然后,分析了换电站的“用户链-电池链”交互运行模式,提出了高峰储能利用率的概念,分析了换电模式下快速电能补充车辆作为储能资源的可行性;最后,提出了一种考虑平抑负荷波动和提高储能利用率的两阶段日前优化策略,对典型换电模式下电动出租车电池进行充电计划安排,并对储能利用效果进行量化分析。仿真结果表明,换电需求具有波浪形变化趋势,所提方法能够有效发挥换电站内电池的可控、储能特点,起到平抑负荷波动、削峰填谷的作用。     

基于改进布谷鸟算法的电动汽车换电站有序充电策略研究

换电模式以其换电速度快和充电管理方便等特点,目前已发展成为电动汽车的一种较重要能源供给模式,在该模式下制定合理的充换电决策具有重要意义。该文研究了换电站换电池有序充电控制策略问题,深入分析了换电站运行特性,并在此基础上建立了换电站换电池有序充电模型。与传统有序充电模型中以功率为控制量不同,该文提出的模型以每时段各状态的电池充电投入数量为控制变量,综合考虑换电站所属变电站容量要求,换电站满意度要求等约束,最小化负荷曲线的离差平方和。其次,该文提出一种改进的布谷鸟算法用以解决整数规划问题,并应用该算法实现了有序充电模型的快速求解。最后,算例仿真结果表明了模型的正确性和算法的有效性。     

考虑库存电池的光储换电站优化充电策略

库存电池数量对电动汽车换电站的运行有重要的影响,但已有针对换电模式的研究忽略了这一因素,导致优化结果的可行性难以得到保证。为此,提出了将库存电池纳入光储换电站模型的优化充电策略,对库存电池数量进行规划并研究基于库存电池的优化运行问题。首先,建立光储换电站的数学模型;然后,将库存电池按照调度周期初始状态分为库存耗尽电池(DB)、满容量电池(FB),结合二者与换电行为之间的时间耦合性,提出基于库存电池充换电约束的充电模型;最后,在总成本中计入充电成本和库存电池购置成本,建立优化充电策略的混合整数线性规划模型。算例结果表明：库存DB数量的递增会减少充电策略对换电时间的依赖性并降低所需库存FB数量的最小值,但追求充电成本最小化会导致库存电池的成本过高;基于模型所得最优库存电池数量在充分利用分时电价的基础上控制了电池数量,同时实现了储能的最大化利用。     

换电模式下电动汽车换电充裕度模型及仿真研究

在电动汽车规模化应用之后,电动汽车换电站内在不同时段应该储备多少蓄电池方能满足电动汽车的换电需求,是一个需要解决的问题。给出了电动汽车换电充裕度的概念,建立了基于一定假设条件的车主用车习惯和充电管理策略的数学模型,分析了换电需求发生时刻的条件,由此得到不同时段的换电需求,即对应的储备电池的数量。应用Monte Carlo方法进行了仿真计算,得到了换电站内不同时段满足换电充裕度要求应该储备的蓄电池数量,并指出上述模型及方法可以进一步用于计算电动汽车入网技术(vehicleto grid,V2G)的蓄电池数量及研究充电时间、蓄电池容量、充电控制策略等因素对换电充裕度的影响。     

电动汽车充换电站换电池的有序充电优化

大规模的电动汽车充电负荷具有大功率、波动性和不确定性的特点,将给电网带来峰值增高、电压波动等不利影响。为了降低电动汽车充电负荷对电网的不利影响,建立了电动汽车充换电站换电池的充电优化模型。通过对换电池在充电过程中充电时间、充电功率和电池电量的实测数据进行拟合,得到了电动汽车换电池的充电特性。以此为基础,建立了电动汽车充换电站的换电池有序充电模型,该模型在满足充电机数量、电动汽车对换电池的需求、充换电站容量和变电站容量约束的前提下,最小化所属变电站负荷曲线的离差平方和,并应用遗传算法实现了有序充电模型的快速求解。以山东省某电动汽车充换电站为算例,证明了该模型的快速性、正确性和有效性。     

基于加权Voronoi图和自适应PSO算法的电动汽车充换电站联合规划

充、换电站是为电动汽车提供电能补给的基础设施,合理规划充、换电站对推动电动汽车普及具有重要意义。首先,预测规划区域电动汽车保有量,根据保有量及各类型电动汽车行驶特性数据,得到电动汽车总换电需求和各路网节点换电需求;其次,以充、换电站建设运维成本、用户损耗成本和电池配送成本之和最小为目标,建立了充、换电站联合规划模型;最后,采用加权Voronoi图与自适应粒子群算法对模型进行求解。算例结果表明,在综合考虑电动汽车用户和充、换电站运营商的利益下,所提方法既能满足用户电能补给需求,又能使充、换电站年均综合成本达到最优。     

基于模型预测控制含充换储一体站的配电网优化运行

提出一种综合考虑电动汽车充换储一体站与主动配电网的优化调度模型。基于快充用户行驶行为特点、城市道路速度-流量实用模型分别建立快充站和换电站模型,并结合梯级储能集成为一体站模型。在含有风机、光伏、微型燃气轮机和一体站接入的主动配电网中建立优化调度模型,并将模型转化为混合整数二阶锥模型求解。使用基于模型预测控制的多时间尺度优化调度策略实现对配电网日前调度、日内滚动调度和实时反馈校正,减少了分布式电源和负荷的预测误差对配电网运行的影响。以某市公交线路实际道路情况为例,验证了所提出的优化调度策略具有能够满足电动汽车充电负荷需求、抑制功率波动并降低配电网运行维护费用的优势。     

电动汽车换电智能监控系统的改进

分析了电动汽车换电监控系统的现状与存在的问题。结合实际换电运行流程,设计了一种改进的电动汽车换电智能监控系统。该监控系统设计了新型的换电电量计量方法,解决了换电电量计量与计费困难的问题。设计了电池箱优选策略,实现了全自动换电命令下发、换电过程管理、换电决策和换电执行过程全景反演等的应用,解决了换电监控系统智能化程度不足的问题。设计了换电监控系统的系统组成、架构设计、功能定义和新型换电流程,并从软件设计、组网实现、数据结构、换电电量计量与计费、全自动换电策略等方面的工作完成了系统的最终实现。实际工程应用结果表明,该系统可显著降低换电电量计量与计费功能的实现复杂度和成本,提高电动汽车换电监控系统的智能化水平,降低换电站建设和运营成本。     

计及电动汽车充电站作为黑启动电源的网架重构优化策略

基于电池租赁的换电池模式与大规模集中型充电站配合具有商业竞争潜力,有望得到推广。在此背景下,提出了一种计及电动汽车充电站的网架重构优化策略。首先,对充电站可用电池容量建模,得到针对给定系统停电时刻充电站可提供的启动容量。建立了基于双层优化的网架重构模型,在上层模型中,以最大化系统可用发电容量为目标确定发电机组恢复时刻;在下层模型中,以线路充电电容之和最小为目标确定恢复路径。之后,采用机会约束规划处理相关的不确定性因素,并与双层优化模型相结合构建基于机会约束规划的双层网架重构优化模型,进而采用改进的粒子群算法求解该优化问题。最后,以修改的新英格兰10机39节点系统为例说明了所发展的模型与方法的基本特征。     

考虑充电需求与随机事件的光伏充电站实时运行策略

电动汽车光伏充电站是将充电设施与光伏发电系统进行结合的有效形式,能有效地减少电动汽车的间接碳排放,降低充电行为对配电网的影响。针对电动汽车光伏充电站,提出了一种实时运行策略。该策略将电动汽车按充电行为分为刚性充电和柔性充电两类,以满足电动汽车充电需求、提高光伏就地消纳和降低充电行为对配电网的影响为原则。该策略包含4个部分:电动汽车交互分类,电动汽车充电可行域,动态事件触发机制和电动汽车实时功率分配算法。此外,该策略是基于非预测机制,避免了因预测算法精度问题而引入的不确定误差。通过仿真实验结果综合分析可知,该策略能有效发挥光伏充电站的优势并且实现预期目标,对于光伏充电站的推广具有一定的价值和意义。