基于数据挖掘的电动汽车充电设施配置与两阶段充电优化调度

电动汽车充电负荷的大量增长将对电力系统安全运行带来严重影响。该文基于配变运行数据进行了充电区域的充电设施配置并设计了电动汽车三相调控充电方法。首先通过数据挖掘,获取配电变压器历史功率冗余度与相偏差度,根据冗余度与相偏差度进行了充电区域充电设施配置。接下来建立了电动汽车充电三相优化调控的两阶段优化模型,优化第一阶段根据实时潮流对电动汽车接入位置进行优化选择。优化第二阶段,基于负荷走势特征值,结合系统三相运行状态,对电动汽车进行充电功率控制。算例结果表明,该文所提充电设施规划方法,能够在系统安全水平内降低配电变压器功率冗余度。三相调控模型可以在满足电动汽车用户充电需求的前提下改善系统三相运行状态。     

住宅小区内电动汽车有序充电优化模式

规模化电动汽车无序充电会给电网的安全运行带来风险和负担。为此,提出两种电动汽车有序充电模式即自动开断充电模式和平滑调节充电模式,在现有住宅小区配电网的基础上,对应地建立以配电变压器、线路容量等为约束条件,以传输给电动汽车电能最大为目标的两种有序充电优化模型,并结合随机模拟和改进粒子群算法求解。以深圳某住宅小区内建立小区充电站为例,分别采用无序充电模式和两种有序充电模式对电动汽车进行充电模拟,比较三种模式下的电压分布和具有响应系数的有序充电模式,计算小区充电站盈利额和负荷波动性等指标,并提出节省成本概念,给予参与有序充电的用户费用补偿。仿真结果表明,两种有序充电模式均能提高电网和用户满意度。充电管理系统可根据需求自行选择其中一种模式运营。     

光伏不平衡接入的配电系统中电动汽车有序充电策略

摘 要：电动汽车和分布式光伏电源的广泛接入可能会加剧配电系统的负荷峰谷差和三相不平衡问题。在此背景下, 探讨以优化负荷轮廓和减小配电系统三相不平衡为目标的电动汽车有序充电策略。首先, 根据汽车出行特性和电池充电过程, 对充电负荷进行建模。之后, 在配电系统三相模型基础上,通过控制电动汽车充电接入相、充电功率和充电时间, 建立以优化负荷轮廓和减小三相不平衡为目标的电动汽车有序充电优化模型, 并采用自适应遗传算法求解。最后, 以修改的IEEE 33节点测试系统为例对所提方法进行仿真计算,结果表明：采用所提方法,电动汽车充电负荷可避开系统负荷高峰并起到“填谷”作用, 并有效缓解了分布式光伏发电引起的三相功率不平衡问题。     

考虑电动汽车充电设施接入的居民配电系统供电容量最优规划

近年来,我国大力推进电动汽车（electric vehicle, EV）在私人领域的发展和普及,提出了新建住宅停车位须100%建设充电基础设施或预留建设安装条件的要求。持续增加的私人电动汽车的充电需求给居民配电系统规划带来重大挑战。配电系统规划既要保证常规用电负荷和电动汽车充电负荷需求得到可靠保障,也要兼顾系统运行安全性和经济性,避免过高冗余导致的资源闲置浪费。在此背景下,提出了一种计及电动汽车出行规律和有序充电的居民社区配电系统容量规划的混合整数线性规划模型,并采用线性规划和二元搜索相结合的方法求解。之后,采用一个实际工程案例证明了所提方法的可行性和有效性。计算结果表明,考虑电动汽车的出行规律和有序充电管理是必要的和有效的,能明显降低居民配电系统的高峰负荷,改善配电系统运行的安全性和经济性。     

电动汽车有序充电管理的综合效益分析

对电动汽车实施有序充电可以优化系统负荷轮廓,从而改善电力系统运行的安全性与经济性,如何制定有序充电策略和评估其潜在经济效益就成为值得研究的重要问题。在此背景下,首先建立了以平抑给定时间段内系统负荷波动为目标的电动汽车有序充电的优化模型,并采用高效商业求解器AMPL/CPLEX求解,以获取有序充电模式下的电动汽车负荷。之后,以电动汽车无序充电情形为基准,从避免发输电设备投资、降低配电系统扩容成本、降低系统网损和降低辅助服务购买成本这4个方面,对实施有序充电管理可为电力系统投资和运行这2个层面所带来的潜在经济效益进行了分析,提出了相关计算方法。在此基础上,建立了评估电动汽车有序充电管理综合效益的数学模型。最后,采用54节点算例配电系统对所提出的方法做了说明,计算结果表明,对电动汽车进行有序充电管理可带来显著经济效益。     

住宅小区电动汽车有序充电潜力评估

电动汽车的充电管理方式影响充电设施配电容量的规划设计,对住宅小区电动汽车进行有序充电,可实现削峰填谷,提高配变利用率,增加充电设施接入容量。结合住宅小区住户充电行为习惯,建立住宅小区充电负荷概率模型,并提出充电负荷同时率和叠加率两个关键参数表征充电负荷变化特性。在此基础上,建立电动汽车充电负荷与居民用电负荷规划计算模型,并通过数学解析法得出配变负载率与住宅小区电动汽车最大渗透率之间的关系,对住宅小区电动汽车有序充电潜力进行定量评估。该研究可为住宅小区充电负荷精益管理、充电设施配电容量合理配置提供科学参考。     

基于实时最优恒定功率的电动汽车有序充电策略

大规模电动汽车无序接入充电会与电力系统基础负荷"峰峰相叠",加大系统峰谷差,造成配电变压器重过载和系统网损增大等后果,从而威胁电网的安全运行.为了实现电动汽车有序充电,在以负荷波动差作为网损分析指标的基础上,提出基于实时最优恒定功率的电动汽车有序充电模型.根据常规负荷预测曲线和电动汽车充电基础数据求解实时最优恒定功率,在满足配变最大容量等约束的前提下,以系统负荷波动差最小为目标形成电动汽车有序充电方案.最后通过MATLAB平台作算例仿真,以IEEE 33节点系统为例的仿真结果表明:所提有序充电策略能够更有效地实现系统负荷"移峰填谷",达到平抑负荷波动和降低系统网损的目标,从而验证了该策略的有效性.     

“专变共享”模式下考虑时变电价和转移概率的EV有序充电

针对城市楼宇停车场难以新建变压器供电的问题,提出了利用原有专变冗余容量消纳电动汽车(EV)负荷的“专变共享”模式,建立了分别由专变用户、充电站运营商和EV用户主导的3层有序充电调节模型;建立了充电体验指数、专变租费、运行商盈利额和专变利用指数等评估指标描述各方的需求,以此建立了有序充电的综合目标;建立考虑时变电价和EV用户充电时段转移概率的有序充电优化模型,并提出了基于粒子群优化算法的有序充电优化方法。通过算例仿真分析了基于时变电价的3层有序充电调节模型的优化效果,验证了考虑EV出行需求和电量约束的合理性,并研究了楼宇负荷类型对有序充电的影响。     

基于高速窄带载波的双预测交流充电桩智能有序充电系统

在小区配电变压器旁安装智能有序管理终端(IOMU),引入短期基础负荷预测方法,基于交流桩供电线路采用高速窄带载波通信方式,实现区域内各充电桩动态组网和信息交互。结合各充电桩用户充电量预测,采用主从式控制结构实现对网内接入的每辆电动汽车有序充电规划,确保充电过程中既考虑用户经济性,又兼顾电网安全性,实现小区内电动汽车智能有序充电。同时,搭建实际系统进行安全经济功能验证,为将来电网消纳规模化的电动汽车接入提供方案参考和基础技术支持。     

考虑电动汽车有序充电的光储充电站储能容量优化策略

针对电动汽车和光伏系统接入配电网与储能装置结合过程中的配置优化问题,提出了一种考虑电动汽车有序充电的光储充电站储能容量优化策略。首先,基于典型日光照强度曲线和光电能量转换关系计算光伏系统输出功率。其次,根据电动汽车用户出行习惯、充电行为特性、充电模式等充电负荷影响因素,建立影响电动汽车充电负荷的概率模型,利用蒙特卡洛方法预测无序充电下电动汽车充电负荷。然后,以电网出力曲线峰谷差最小为目标函数、采用粒子群算法计算电动汽车有序充电时电网出力总负荷,进而确定光储充电站储能容量最优解。最后,利用所提策略计算以电动私家车和电动出租车为主要服务对象的某居民区光储充电站内最优储能容量。结果表明,未考虑储能时电动汽车无序充电造成电网负荷峰上加峰,有序充电下电网负荷峰谷差值下降15.35%,考虑电动汽车有序充电同时配置最优储能容量时电网负荷峰谷差值下降了20.65%,实现了削峰填谷,增强了电力系统运行的稳定性。得到的结果为光储充电站的储能容量配置提供了参考。     

基于TOPSIS方法的居民区电动汽车有序充电策略

针对中国目前超大城市电动汽车保有量的快速增长与现有配电网制约用户充电需求的矛盾,提出了一种基于理想解法的居民区电动汽车有序充电策略,以最大限度调配现有可用的电能资源。通过分析电动汽车出行规律,建立了居民区电动汽车出行、返回、等待、充电的数学模型。在综合考虑充电时间、充电费用、等待时间、充电完成率、小区总负荷变化率等决策指标基础上,建立了基于理想解法的有序充电排序方法,并通过算例仿真进一步对比了分时电价策略下峰谷电价对用户充电行为的影响。仿真结果表明,与现有网格选取法有序充电结果相比,该方法可在保证电动汽车充电完成率和稳定居民区负荷前提下,更好地兼顾电动汽车充电的连续性、便捷性和经济性,为居民区停车场电动汽车有序充电管理提供决策依据。     

考虑用户充电决策行为的电动汽车充电引导策略

快充站(fast charging station,FCS)是电动汽车(electric vehicle,EV)的重要能源供给设施。随着EV的推广应用,快充负荷也逐渐攀升,对配电网运行产生了一定影响。然而,快充负荷作为一种需求侧响应资源,可通过有序充电控制缓解EV接入给配电网运行带来的负面影响,因此文中提出考虑用户充电决策行为的EV充电引导策略。首先,考虑动态交通路况影响,利用出行链理论构建EV移动模型,进行用户出行模拟,并刻画剩余电量的时空分布。其次,考虑剩余电量、充电设施分布与充电服务价格,利用后悔理论构建用户充电决策模型,并刻画充电负荷时空分布。然后,以配电网网损最小为目标,构建充电服务价格优化模型,通过优化公共FCS的充电服务价格,引导充电负荷时空分布。最后,对不同服务价格方案进行对比,结果表明,文中方法对小容量车型的引导效果更好,且用户时间消耗等效折算系数越大,文中方法对充电负荷引导的效果越好。     

考虑分区域动态电价机制引导的电动汽车充电优化策略

为应对大规模电动汽车无序充电引起的配电网运行损耗增加问题,提出一种分区域动态电价机制引导的电动汽车(electric vehicle,EV)充电优化策略。该动态电价机制是根据不同区域内的负荷特点建立不同的动态电价,从而优化对应区域的EV充电。其中商业区建立计及充电站充电总功率的动态电价模型,居民区和办公区采用计及风光出力的动态电价模型。同时,提出充电效益系数模型以提升在居民区和办公区用户的充电时间满意度。最后,在IEEE33节点系统上进行仿真验证。结果表明,所提出的基于分区域动态电价机制的EV充电优化策略能够在保证车主利益的同时,降低网损、提高配网电压质量、促进风光消纳以及提升配网的经济性。     

Impacts of high penetration level of fully electric vehicles charging loads on the thermal ageing of power transformers

This paper develops a methodology to determine the impacts of high penetration level of fully electric vehicles (FEVs) charging loads on the thermal ageing of power distribution transformers. The method proposed in this paper is stochastically formulated by modelling the transformer life consumption due to FEVs charging loads as a function of ambient temperature, start time of FEVs charging, initial state-of-charge and charging modes. FEVs loads are modelled using the results from an analytical solution that predicts a cluster of FEVs chargers. A UK generic LV distribution network model and real load demand data are used to simulate FEVs’ impacts on the thermal ageing of LV power distribution transformers. Results show that the ambient temperature, FEVs penetration level, and start time of charging are the main factors that affect the transformer life expectancy. It was concluded that the smart charging scenario generally shows the best outcome from the loss of life reduction perspective. Meanwhile, public charging which shifts a large percentage of charging load to commercial and industrial areas can significantly alleviate the residential transformer loading thus has little impact on the loss of life of transformers. The proposed method in this paper can be easily applied to the determination of the optimum charging time as a function of existing loads, and ambient temperature.     

电动汽车充电站的概率负荷建模

电动汽车充电站负荷的随机性特征,使相关建立具有通用性负荷模型的研究存在一定的困难,针对三类典型电动汽车充电站,即电池更换站、居民区充电站、公共场所充电站,提出了一种以充电方式、地理位置、出行特征为基础的概率负荷建模方法,通过全面研究充电站负荷建模的影响因素,采用蒙特卡洛模拟与概率统计分析规律相结合的方法综合建立三类典型充电站的概率负荷模型。在此基础上,运用粒子群算法优化得到了填谷效应最优的三类典型充电站的优化配置方案,验证了所建立的概率负荷模型的有效性和实用性。     

双楼宇专变供电充电站负荷的时空双维调控建模

在碳减排和环境保护需求的推动下,电动汽车的普及速度加快,同时从时间和空间维度挖掘充电负荷的调控潜力可以有效地缓解配电网的扩容压力,基于此提出了双楼宇专变供电充电站负荷的时空特性双重调控方法。介绍了双楼宇专变供电充电站负荷时空特性的双重调控机理,利用双楼宇专变冗余容量和储能系统对充电站进行供电;结合储能充放电调控、充电桩和储能的双电源切换开关切换、充电桩功率实时调度3种调控方法,提出了充电站负荷的时空双维调控策略;提出了结合日前和实时2种时间尺度的充电站优化模型,以电动汽车服务率为优化目标建立储能充放电的日前优化模型,以变压器负荷标准差为目标建立双电源切换开关切换的实时优化模型,以各时段调度成本为目标建立充电桩功率的实时调度模型,通过多样化的调控手段提升充电站的经济性和安全性。通过算例仿真验证了所建模型的有效性。     

规模化电动汽车有序充电分层控制策略研究

电动汽车作为一种特殊电力负荷大规模投入电网后,对其有序充电策略进行研究,能够降低充电负荷对电网的冲击、平抑负荷波动,降低用户充电费用。文中以电动私家车为研究对象、居民小区为应用场景,提出了一种上层根据居民小区的充电需求与负荷方差最小的优化目标确定功率指导曲线、下层同时考虑下发的指导曲线以及充电站峰谷差最小的优化目标来满足用户充电需求的有序充电优化方法。分析充电模式等因素对电动汽车(Electric Vehicle,EV)充电负荷的影响,并基于蒙特卡洛方法进行充电负荷预测的计算;提出了电动汽车有序充电的分层控制架构,并建立了能够平抑总体负荷波动、降低变电站负荷峰谷差的双层优化模型,采用粒子群算法进行计算;以某居民小区为例进行仿真计算,对比电动汽车在不同渗透率下使用该优化充电方法前后的结果。结果表明,该控制策略使充电负荷的高峰期往后推迟至基础负荷的用电低谷期,实现了负荷曲线的“削峰填谷”,且随着渗透率的增加,在降低负荷峰谷差、平抑负荷波动方面的优化效果更好;在充电费用方面,有序充电情况下充电费用减少了29.0%,降低了电动汽车用户的充电负担。     

含电动汽车和智能软开关的配电网动态重构

提出含分布式能源、智能软开关(SOP)和电动汽车(EV)有序接入的配电网重构策略。基于上班族的出行习惯模拟EV的无序充电模型,并构建配电网重构下的SOP模型;对于接入的EV无序充电负荷,采用拉格朗日松弛分散式优化算法和虚拟电价进行EV的有序调度;以最小化网损费用,SOP运行费用,弃风、弃光费用与开关动作费用之和为目标函数,通过大M法和二阶锥松弛将配电网重构模型转化为混合整数二阶锥规划模型,采用CPLEX求解器进行求解。IEEE 33节点标准系统的仿真结果表明,在配电网动态重构中采用SOP代替传统开关能够提升配电网运行的经济性,同时采用所提有序调度方法优化EV充电可以改善配电网电压质量。     

基于LSTM神经网络的电动汽车充电站需求响应特性封装及配电网优化运行

随着电动汽车的快速增长,大规模电动汽车充电具有随机性、时空耦合性的特点,对配电网运行电压造成越限风险。通过基于价格的需求响应,引导电动汽车在大时空范围有序合理地充电成为重要的技术手段。文章研究基于数据驱动的电动汽车充电站需求响应特性及其参与配电网运行优化调度问题,首先提出单体电动汽车充电模型和计及交通网络拓扑结构的电动汽车行驶特性,建立了区域电动汽车充电站负荷需求响应计算方法;在此基础上,提出了基于LSTM深度神经网络的电动汽车充电站需求响应模型封装方法,得到电动汽车充电站充电成本和充电功率响应之间的映射模型;接着,构建了考虑电动汽车充电站需求响应的区域配电网电压运行优化模型,并采用粒子群算法进行求解;最后,通过对包含3个充电站的33 节点系统的算例对比分析,验证了所述电动汽车充电站需求响应及其参与配电网优化运行方法的有效性,为数据驱动方法解决电动汽车充电和需求响应问题提供借鉴。