基于有序充电的换电站电池冗余度研究

电动汽车大规模接入电网后,有序充电优化控制具有便于集中管理、抑制负荷波动、降低峰谷差和充电费用等优势,但同时也带来换电站电池冗余度增大的问题。文中针对换电模式,以抑制电网总体负荷波动为有序充电主要目标,采用自适应遗传算法,建立有序充电模式下换电站电池冗余度模型,并使用蒙特卡洛方法模拟电动汽车用户的用车需求。对比分析无序充电和有序充电模式下换电站电池冗余度仿真结果,表明该有序充电策略能够有效削减负荷波动,减小峰谷差,但也相应提升了换电站电池冗余度。     

电动公交车换电站—电池充电站优化规划

充电设施的规划与建设是解决电动汽车发展瓶颈的重要问题。电动汽车在公共交通领域发展迅速,并广泛采用换电模式。文中充分考虑了电动公交汽车换电电量需求和充换电行为,提出了一种换电站—电池充电站建设模式,并给出了相应的优化规划方法。该方法首先使用近邻传播聚类算法对换电需求点进行空间聚类,以确定电池充电站的站址和规模,并利用化石燃料与电能的热值关系,将当前柴油公交车日消耗能量折算成电能以确定换电电量需求。然后,利用排队论方法对电池充电站内的工作情形进行建模,提出以拒绝服务率为主要约束,以综合建设成本最小为目标的优化模型。最后,以某城市实际统计数据为例给出了该市公交汽车换电站、电池充电站以及其充电设备、换电设备、电池的规划方案,为电动公交车充、换电站的实际规划提供参考。     

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。     

换电模式下电动汽车电池充电负荷建模与有序充电研究

为了建立换电模式下电动汽车电池充电负荷及优化模型,对2种电动汽车换电模式即充换电模式和集中充电统一配送模式的结构、运营流程进行了分析。在满足用户换电需求的约束下,基于分时电价机制,提出考虑2种换电方式的以总充电费用最小为目标的第1阶段优化模型。第2阶段优化以第1阶段求取的最小充电费用为总充电费用的上限,以日负荷曲线波动最小为目标。以中国2020年充电负荷为例进行计算,对不同类型电动汽车采用不同的换电方式,并将换电模式与充电模式的充电负荷进行比较。计算结果表明,换电模式下无序充电情景峰荷较充电模式时增加较小,有序充电情景电网峰荷将不会增加,所提出的换电模式下有序充电模型能够有效减少充电费用及日负荷曲线波动。     

基于边缘计算的电动汽车换电电池冗余度建模分析

针对电动汽车换电站电池冗余度和充电成本过高的问题,基于边缘计算建立了电动汽车换电电池冗余度分析模型。结合边缘计算与云计算技术,建立电动汽车换电电池冗余度分析的边缘计算平台,利用边缘节点A采集电动汽车用电信息,并将采集数据上传至云平台。云平台利用电动汽车换电电池充电优化控制模型,分析边缘节点B关联电动汽车换电电池冗余度;利用自适应遗传算法求解模型,实现电动汽车换电电池的充电优化。实验结果表明,该模型可有效分析电动汽车换电电池冗余度,将该模型应用于电动汽车换电站,换电站月充电费用降低幅度大于13%。     

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。     

一种基于单元数量控制的电动汽车充换电站电池充放电策略

电动汽车充换电站兼顾电力系统电源与负荷的双重属性,因而,充分挖掘其柔性、灵活的供需电特性,对其做出合理的充换电决策,具有十分重要的现实意义。传统的充放电控制策略以连续的充电电量为决策变量,然而,受电池荷电状态与数量限制,此类模型的最优解往往难以与现实对应。由此,基于日前分时电价,本文提出双向能量交换下以电池充放台数为决策变量的充换电站充放电二阶段优化控制方法,方法第一阶段以充换电站运行的最小支出费用为目标,在其基础上,第二阶段以站内满充电池数量最大为目标寻求最优充换电策略。以实际山东焦庄充换电站为例,比较了无序充电与本文有序充放电的充电负荷及费用支出,分析了本文提出的以电池充放台数为决策变量和传统方法以连续充电电量为决策变量的优化结果的区别,验证了本文提出方法的有效性。     

基于有序充电策略的换电站及分布式电源多场景协调规划方法

通过引入电动汽车换电站的有序充电策略,以系统建设运行成本、综合净负荷波动指标以及网络能量损耗最小为目标,提出统筹考虑电动汽车换电站和分布式电源的多场景协调规划方法,并给出满足电动汽车换电需求约束和备用电池存在性约束的备用电池调度方案和最少备用电池计算方法。结合风光电源出力的季节特性,针对IEEE 33节点系统,利用生物地理优化算法进行多场景规划仿真分析,验证了所提规划方法可利用换电站有序充电策略平抑配电网综合净负荷波动,起到了削峰填谷的作用,大幅降低了网络能量损耗,显著提高了风光电源的可规划容量;同时所采用的最少备用电池计算方法,可充分考虑换电站内备用电池在一天中的循环利用,在维持有序充电策略周转的前提下能有效缓解电池储备压力,大幅降低了换电站投资成本。     

参与电网削峰调节的电动重卡换电站调度策略

换电站因其快速、便捷的特点获得了迅猛的推广和发展。在电动重卡领域,换电站建设已初具规模并保持高速发展。如何对电动重卡换电站进行充电调度以实现电网友好,是一个重点研究方向。首先,针对电动重卡换电需求在时间上分布规律较弱的特点,使用统计分析法分析换电站历史运行数据,得到一天内各时段的换电需求预测值;其次,提出基于换电需求预测的日内调度策略和基于实际换电需求的日内实时修正策略,以确定电池充电数量和允许充电时间;然后,建立以电网削峰为目标的时间-功率模型,结合电网背景负荷曲线,使用差分算法对电池的充电功率和实际充电时间进行求解;最后,通过算例证明了调度策略和时间-功率模型的有效性。     

快换式电动公交充电站经济运行优化策略

备用电池数量、充电时长是影响换电站换电能力的主要因素。基于车辆进站流量分析,提出了描述换电需求和电池充电产量的函数,进一步分析了两者之间的关系,提出了针对电价峰段的充电控制方法。以北京奥运电动公交充电站为例阐述了经济运行优化策略的应用步骤,并编写了计算机仿真程序进行验证。结果表明:所提经济运行优化策略在满足任意时刻换电需求的条件下可显著降低电价峰段用电量,较大幅度地减少换电站的电费支出。同时,该策略所包含的算法及边界条件非常清晰,容易嵌入充电管理系统实现换电站的经济运行优化控制。     

计及服务可用性的电动汽车换电站容量优化配置

动力电池换电模式由于其换电过程所需时长远小于充电过程、动力电池充电便于统一管理等优点,成为电动汽车能量补充的重要方式,推进换电站的建设有利于电动汽车的普及。针对可就地向动力电池组充电的换电站容量优化配置展开研究。首先介绍换电站的系统结构和"即换即充"的运行策略,提出服务可用性的评价指标;然后分析换电站运行状态的时序仿真模型,根据模型的输出量计算服务可用性指标;构建以设备年成本为目标函数、以换电站规模和服务可用性要求为约束的数学模型;采用微分进化(DE)算法对数学模型进行求解;最后对算例进行优化配置,随机抽取两日换电需求,计算换电站的可用性指标并分析各时段运行状态,对配置结果敏感性进行分析。     

“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。     

不同模式下电动汽车充电负荷及充电设施需求数量计算

电动汽车充电设施技术路线的选择可从多种角度出发。基于现有充电设施特性和用户需求分析,对常规充电、快速充电、电池更换3种模式下的充电负荷进行了建模。应用蒙特卡罗仿真方法计算了3种模式下一定规模电动汽车在一日内的充电负荷曲线。根据一日中最大在线充电汽车数量得出快速充电设施的数量需求,根据换电站内充满电和正在充电电池数量的计算,得出换电站电池配置数量需求。计算结果表明,由于充电相对集中,一定规模电动汽车采用慢速充电时其电力需求最大。相比于慢速充电,快速充电和电池更换模式一定程度上提高了设施的利用率,但为了保证换电服务,换电站需配置足够数量的电池。     

基于自供给模式的电动汽车换电站供需均衡运营策略

以换电模式为电动汽车(EV)提供能源补给是促进EV行业发展的重要保障。为了评估EV换电站的运营模式、提高EV换电站的运营效益,提出了一种基于自供给模式的EV换电站供需均衡运营策略。针对未来可行的统一化电池规格和换电站自供给模式,EV既可作为电池消费者,又可作为电池服务提供者,通过设计换电站的动态奖励机制,以吸引EV用户充当电池服务提供者辅助换电站提供换电服务,并基于带约束的马尔可夫决策框架对系统的随机优化问题进行建模。算例结果表明所提策略能使换电站自适应地选择给予电池服务提供者的奖励,从而在满足换电站服务质量水平约束的条件下最大化换电站的运营效益。     

基于GA-PSO的电动汽车换电站时空双层充电优化策略

针对电动汽车(Electric Vehicle, EV)用户换电体验不佳、换电站备用电池组空闲、充电成本过高及配电网负荷特性恶化的问题,建立了兼顾EV用户、换电站和电网公司三方利益的时空双层充电优化模型。该模型采用双层时空解耦结构,上层模型以满足EV用户个性化需求为目标,重点解决空间尺度上换电站的选择问题。下层模型在时间尺度上采用一种两阶段优化策略,第一阶段以充电成本最小为目标重点关注电池组充电方案的制定问题,第二阶段虑及电网激励以配电网负荷波动最小和峰谷差最小为目标重点关注充电方案的优化问题。最后,采用Monte Carlo法模拟EV用户的换电需求,采用GA-PSO(遗传-粒子群算法)对提出的时空双层优化模型进行迭代求解。以某典型城区为例,仿真验证了所提模型与方法的正确性。     

基于不同购电模式相结合的电动汽车充换电站运营模式研究

电动汽车达到一定规模后可能带来大量充电负荷,为使收益最大,提出充换电站应采用充电与换电相结合的工作方式,充電模式采用直接从电厂购电,而换电模式通过电网购电。以充换电站的运营收益最大为目标,结合了合同电价与市场电价之间的联动模型对该工作模式下的充换电站运营进行了经济效益分析,确定了最佳充换电比例。最后针对某地区充换电站运营进行了算例分析,证明了此方法的可行性。     

电动公交换电站运营功率估算模型研究

在分析公交车的运行特点和换电站电池实际使用数据基础上,建立了电动公交车动力电池回站SOC模型、锂离子动力电池充电时间模型、充电功率模型等数学模型,通过以上模型以及锂离子电池开路电压变化曲线进行换电站功率估算并给出充电机功率的求解方法。同时考虑电池容量衰退等因素对电动公交换电站基本配置的影响,提出电动公交换电站充电功率的冗余估算方法。以北京北土城换电站的实际数据作为仿真算例,验证了提出的充电功率估算方法的准确性,同时还为电动公交换电站的建站及冗余设计提供了理论依据。     

考虑电动汽车换电站负荷特性的电网管理效益分析

电动汽车充放电管理是智能电网需求侧管理的重要组成部分。基于对3种常见充电模式的比较,首先分析了换电模式在电动汽车负荷管理方面的优势。然后,分析了电动汽车换电站的负荷特性,研究了其对电网运行的影响。最后,以一假想的换电站接入IEEE 33节点配电系统,比较电动汽车换电站有序和无序充放电对电网运行的影响,从而说明换电站有序充放电的管理效益。     

集中充电模式下的电动汽车调频策略

由集中充电站、充换电站、配送站、充电桩等有机组成的电动汽车智能充换电网络建设是应对人口密集地区电动汽车规模化发展的一种较为合理的商业模式。针对集中充电统一配送这种换电模式,考虑到电力市场环境下电力价格不确定性对电动汽车集中充电站有序充电及提供调频容量服务决策的影响,基于对调频容量调用比例和电池损耗成本的分析,构建了单向和双向两种能量传输模式下,电动汽车集中充电站在日前能量市场和日前调频市场协同调度的鲁棒优化模型,以合理制定次日各交易时段的充电计划与所提供的调频服务容量。之后,采用IBM公司开发的高效商业求解器CPLEX 12.2对所发展的鲁棒优化模型进行求解。最后,以一个为8个电池配送站提供充电服务的集中充电站为例,说明了所发展的模型与方法的基本特征。