电动汽车充电需求及充电设施优化配置方法研究

以居民乘用车行驶规律为前提,建立了基于排队理论(Queuing Theory)的电动汽车充电需求计算模型;在此模型基础上,通过分析充电设施与用户需求满足程度之间的关系,以及电动汽车充电对配电网的影响,提出一种居民小区电动汽车充电设施的优化配置方法,分为两步:充电设施数量的确定和充电设施最优连接位置的确定;充电设施数量是通过排队充电模型迭代计算得到;充电设施最优连接位置的是以充电对配电网电压影响最小为目标,以配电网潮流方程、充电功率平衡方程、电压、电流约束等为约束,建立优化模型计算得到。通过采用IEEE-33配电网和某居民小区的行驶规律数据分析计算,验证了所述方法的有效性。     

考虑充电功率的电动汽车快充站充电设施优化配置

为实现电动汽车快充站内的经济建设,同时分析充电功率在充电站规划中的影响,提出了一种电动汽车快充站充电设施优化配置方法。以电动出租车为例,分析其出行特征,并基于排队论分析各个时段内站内排队系统的运行指标,建立分时段的用户等候时间成本计算模型。以充电站投资成本和用户等候时间成本之和最小化为目标函数,建立考虑装置利用率、排队时间、配电容量和占地面积的充电设施配置优化模型,在模型中同时对充电设施的充电功率和数量进行优化,实现快充站内社会成本的最小化。通过算例验证所提方法的可行性以及优化充电功率的经济性。     

考虑充电等待成本的电动汽车路径问题

随着电动汽车规模化发展,配套充电设施的不足严重制约了电动汽车用户的出行计划。为了提高电动汽车出行效率,分析了电动汽车在行驶过程中的充电需求问题,建立考虑时间窗特征及充电等待成本的电动汽车路径规划问题模型。该模型考虑充电站内车辆排队等待时间这个影响因素,采用M/G/1排队系统对等待时间进行模拟,以能源消耗与成本最低为目标,采用自适应大规模邻域搜索算法对路径规划问题进行求解,并以物流电动汽车为例进行仿真验证。结果表明:针对不同的行驶路径,该模型在电能消耗和等待成本等方面具有较好的表现,可为电动汽车充电路径规划选择提供借鉴。     

电动汽车分散式充电设施二次规划研究

在已有充电设施基础上提出电动汽车分散式充电设施二次规划模型。首先根据规划区的停车需求以及充电概率预测充电桩需求量。其次在已建有充电站基础上,建立最大覆盖模型对新建充电设施选址。最后以投资者的综合收益最大为目标,对充电设施容量进行配置。算例分析结果表明,该模型可以满足城市电动汽车的充电需求,实现了服务需求量最大化,提高了资源的利用率。     

基于排队理论的充电站最优配置

在分析电动汽车充电行为的基础上,利用MATLAB建立了充电服务系统的排队模型,仿真的目的在于寻求顾客与充电站暇务设置之间的平衡点,保证充电站具有最佳的服务效率和最合理的配置。根据统计规律得出相关参数,最后综合考虑充电站的投资费用、充电装置的闲置率及顾客的满意度等因素,进而得出充电站为满足一定的服务水平应该设置的充电装置个数。研究结果表明,通过合理配置充电设施数量,可以提高充电坫的服务效率以及设备的综合利用率,从而进一步验证了模型的有效性。     

基于时空约束的电动汽车充电策略

针对电动汽车行驶过程中的充电需求在时间和空间上的随机性问题,提出了一种基于时空约束的电动汽车最佳充电选择策略,该策略可以使电动汽车在最短的时间内获得最佳充电服务;在此基础上,建立了充分考虑电动汽车充电行驶路径、电动汽车充电站内排队等待时间和电动汽车充电过程的充电行为总用时最短的充电选择模型(time-spatial charging selection model,TSCSM)。仿真结果表明,与就近充电选择策略相比,该充电选择策略在缩短电动汽车充电行为全过程总用时方面具有显著优势。     

基于激励补偿机制的电动汽车充电站规模优化

针对电动汽车用户行为的随机性和特殊性,基于排队理论建立了考虑误工补偿、环境价值补偿的用户充电费用最小和充电站充电设施费用最小的多目标数学模型;研究不同充电站规模、补偿情况下用户和充电代理商的收益变化,为合理选取充电站建设规模提供参考方案。与此同时,文章采用了日前申报机制引导电动汽车用户的充电行为。研究结果表明,通过合理的配置充电设施,可以使电动汽车用户和充电站均获得理想收益,从而验证了所建模型的实用性和有效性。     

基于实时信息感知的电动汽车物流配送路径优化与充电导航

为了提高电动汽车参与物流配送的效率,同时避免大规模无序充电对配电系统安全运行的影响,借助群智感知技术,获得实时交通路况和充电站信息,提出了基于实时交通信息感知的充电站充电服务费计价模型和基于排队论的充电排队等候时间估算模型;考虑路径选择、时间、电池容量、载货量及配电系统运行电压约束,构建了以参与配送的电动汽车路径行驶时间成本、充电排队等候时间成本、电池损耗成本以及快速充电成本之和最优为目标的电动汽车路径优化和充电导航模型。以某市50×50 km区域内33节点配送系统进行数值仿真,算例结果表明,考虑实时信息感知可以有效减少物流配送成本和缓解大量电动汽车充电对配电系统稳定运行造成的不良影响。     

面向私人电动汽车的城市公共充电网络运营服务能力评估方法与仿真研究

针对城市公共充电网络运营服务能力能否满足私人电动汽车充电需求的问题,提出一种整体性仿真评估方法。首先确定影响因素,基于私人电动汽车在公共场所的充电需求、充电设施配置情况、充电设施覆盖半径等多种因素建立充电网络运营服务能力评估模型。其次根据城市电动汽车用户充电行为规律、出行规律分别进行快充、慢充的充电时间分布仿真。进而基于电动汽车及充电设施的数据进行计算,得出电动汽车充电网络一天内各小时的运营服务能力。基于此评估方法,以北京作为样本城市,获取北京公共充电设施数量、私人电动汽车数量进行计算,得到目前北京市区内公共充电网络运营服务能力,给出了充电设施建设缺口。最后建议北京的公共充电网络增加建设1.3倍的公共充电设施。     

电动汽车接入智能社区系统研究

对电动汽车渗透率逐步提高后电动汽车负荷群接入智能社区系统的方案进行研究。首先对电动汽车的到达时间模型及充电负荷进行模型的建立;根据模型提出一种考虑用户自主性及控制公平性的加权排队算法;通过仿真无序充电及有序充电过程,研究发现所提出的有序充电过程达到较好的负荷平移的效果,并可以较高程度达到用户的充电满意度及控制过程中的公平性。     

基于计算几何方法的电动汽车充电站规划

综合分析了影响电动汽车充电站规划的若干因素,建立了电动汽车充电站规划的最大收益模型。根据电动汽车充电特性和出行特征,计算电动汽车充电功率需求期望值,从而得出规划区充电站的容量需求。根据电动汽车的分布特点,通过调节加权伏罗诺伊图的权重,使得服务区域划分更合理,同时保持各充电站负载率的均衡。利用粒子群优化算法的全局寻优能力,结合加权伏罗诺伊图,对充电站进行选址定容和服务区域划分的优化规划。算例分别针对不同电动汽车数量和不同分布方式的情况进行计算,结果验证了所述模型和方法的有效性和可行性。     

Modeling of fast charging station equipped with energy storage

The popularization of EVs(electric vehicles) has brought an increasingly heavy burden to the development of charging facilities. To meet the demand of rapid energy supply during the driving period, it is necessary to establish a fast charging station in public area. However, EVs arrive at the charging station randomly and connect to the distribution network for fast charging, it causes the grid power to fluctuate greatly and the peak-valley loads to alternate frequently, which is harmful to the stability of distribution network. In order to reduce the power fluctuation of random charging, the energy storage is used for fast charging stations. The queuing model is determined to demonstrate the load characteristics of fast charging station, and the state space of fast charging station system is described by Markov chain. After that the power of grid and energy storage is quantified as the number of charging pile, and each type of power is configured rationally to establish the random charging model of energy storage fast charging station. Finally, the economic benefit is analyzed according to the queuing theory to verify the feasibility of the model.     

物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法

已有的充电站等待时间研究往往忽略不同车辆充电需求的时变差异性,为全面描述充电等待时间的时变规律,文中提出了物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法。首先,确定充电站到达车辆数分布和充电时长分布,采用M/G/n排队模型模拟充电站排队等待系统,求解电动汽车充电等待时间分布函数。其次,建立用户选择充电站效用函数,利用Multi-logit模型对各个充电站内的充电需求进行预测。再者,根据充电需求预测值和网联充电站实时数据更新平均到达率、服务时间变异系数,提出电动汽车充电等待时间短时分布的预测算法。最后,以某城市某区域为例,验证了该分布的准确性,并通过路径选择分析了充电等待时间分布和可靠性对充电站的影响,为减少充电站排队拥堵和均衡电网负荷提供决策依据。     

综合能源充电站有序充电策略的研究与设计

随电动汽车的发展,充电用户越来也多,同时也出现了一系列问题,尤其是无序充电带来的充电成本高、充电排队时间长和电网负荷安全影响等问题,制约着电动汽车和充电设施的发展,为解决此类问题,文章研究和设计有序充电策略。通过研究电动汽车充电过程数据,分析充电电压、电流、soc和充电时间的关系曲线,在不同的电价时段和车多桩少情形下制定了合理的中止充电soc值;为了提高充电站运营效益,针对充电站服务车辆对象的不同,设计了不同充电桩限功率有序充电策略。充电站有序充电策略的实现能够提高运行收益、减低成本,让用户充电时间更合理,提高了充电体验性,使充电站与电网互动,对电网削峰填谷,减小负荷波动率,提高了电网的安全性。     

电动汽车换／充电服务模式分析与研究

电动汽车是一种发展前景广阔的绿色交通工具,电动汽车换／充电设施为电动汽车提供能量补给,是电动汽车发展的重要基础支撑,也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。通过研究电动汽车动力电池充放电特性、换／充电服务模式等,指出适合电动汽车换／充电服务模式建设发展的方向。     

交直流配电网中电动汽车充换储一体站规划

首先,以马尔可夫和速度-流量模型对快充车辆和电动公交进行时空负荷预测,结合快充站、换电站和梯级储能站的充放电功率构建充换储一体站(CSSIS)模型.然后,建立含CSSIS的交直流潮流模型,构建计及电动汽车到站行驶时间、排队等待时间和交直流配电网电压偏差的多目标选址模型,采用动态权重结合二进制遗传算法进行求解.其次,采用Voronoi图划分CSSIS服务范围,以综合投资成本最小为目标建立优化模型来确定最终站址,通过排队论优化充电机数量,以系统节点电压和CSSIS功率平衡为约束来确定站内设备容量.最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性.     

计及电动汽车的微电网经济调度方法

针对电动汽车接入后微电网的节能减排发电调度问题,提出了结合电动汽车有序充放电控制的微电网多目标经济调度方案。分析电动汽车的行驶特性,建立基于峰谷分时电价的有序充放电负荷模型。以微网发电成本和环境效益的综合最优为目标函数,采用改进遗传算法,根据实时负荷供电需求,动态确定各可控分布式电源出力大小。在Matlab平台上以一个包含风、光、柴油发电机、微型燃气轮机、燃料电池以及电动汽车的小型微电网系统为例进行仿真。仿真结果表明:所提调度方法通过合理引导电动汽车的有序充放电,减少了负荷高峰时段微电网各发电单元的供电负担,以尽量低的发电成本实现良好的环境效益,验证了该优化调度方案的可行性和有效性。     

考虑电动汽车随机特性的机组组合问题研究

在考虑不同种类电动汽车随机行驶特性的基础上,建立电动汽车与系统互动的机组组合模型。该模型以各时段电动汽车的充放电功率以及机组出力作为决策变量,以火电机组总成本作为优化目标,在满足各类型电动汽车随机行驶特性的条件下,得出能够适应电动汽车接入的机组最优组合。为描述电动汽车行驶的随机特性,将电动汽车分为私家车、公交车、公务车以及出租车4种类型,利用大量场景模拟不同类型电动汽车的出行离开时间、接入时间以及日行驶里程,并引入电动汽车相关约束中。由于随机机组组合模型的复杂性与非线性,将其转化为线性混合整数规划模型,利用CPLEX进行求解。算例仿真结果验证了采用电动汽车入网(V2G)技术时考虑电动汽车随机特性以及对电动汽车进行分类研究的必要性。     

面向居民区电动汽车充电负荷预测与容量配置研究

居民区负荷的特性及其发展趋势预测有助于科学地建设电动汽车充电设施,同时确保居民区供电设施安全可靠运行。本文在电动汽车充电特性研究的基础上,构建了接入电网的电动汽车充电负荷需求数学模型,并深入了分析充电设施的接入对居民区负荷特性的影响,然后给出一种充电设施负荷预测与容量配置方法。最后选取两种典型台区,仿真分析了电动汽车接入前后的台区负载情况,验证了所提方法的有效性。