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。     

基于Stackelberg博弈的充换储一体化电站微电网双层协调优化调度

针对电动汽车充换储一体化电站(CSSIS)与微电网所有权不同的微电网经济运行问题,建立基于Stackelberg博弈的双层优化调度模型。上层微电网作为领导者,以自身收益最大为目标函数,制定与下层CSSIS进行电能交易的内部电价;下层CSSIS作为跟随者,根据内部电价调整自身充、放电计划,以最大化自身收益。采用差分进化算法和Gurobi软件分别对上、下层优化问题进行求解,得到最优内部电价和CSSIS的最优充、放电计划。仿真算例表明,所提算法可以有效求解微电网与CSSIS交互的均衡策略,不仅能同时提高两者收益,还能更有效地利用CSSIS资源。     

电动汽车充换储一体站的建模

电动汽车充换储一体站是集充电站、换电站和梯级储能电站于一体的电动汽车（electric vehicle ，EV）集中型综合供储能电站，可以发挥充电站和换电站的可调度潜力，并能够减小功率波动。提出了一种新型电动汽车充换储一体站模型，该模型综合考虑了电动汽车快充站、换电站和梯级储能电站。首先，基于快充用户的行驶行为特点，建立了电动汽车快充站模型；其次，根据城市道路速度流量实用模型，建立了电动汽车换电站模型；最后，结合梯级储能模型，构建了集成的电动汽车充换储一体站模型。以某地区公交线路实际道路情况为仿真算例，验证了提出的一体站模型能够满足电动汽车充电负荷的需求，且具有降低运维成本和抑制功率波动的优势。     

电动出租车专用分散式和集中式快充设施 联合投资优化

提出一种电动出租车专用快充设施投资优化模型,提高电网及充电设施利用率,减轻充电对出租车运营影响。采用Voronoi图理论和带容量限制的排队论,仿真电动出租车充电需求在分散式快充站与集中式快充站之间的转移。计及两类快充站间的充电需求转移,以出租车运营者因充电行为附加支出的耗时、耗能成本,充电设施投资成本,充电站到电网接入成本的总和最低为目标,考虑出租车、快充站点以及电网三方面的运营约束,建立两类快充站的联合优化模型,并提出求解算法。以某城市电动出租车保有量达到1 000辆为规划场景,算例表明模型通过优化出租车专用分散式快充站和集中式快充站投资配比,能有效减少出租车电能补给途中的耗时、耗能成本。     

考虑不确定因素下含充换储一体化电站的微网能量优化

电动汽车直接接入电网并不能实现真正意义上的低碳,将电动汽车通过充换电站(battery charging-swapping station,BCSS)接入微网就地消纳可再生能源,并和储能电站(energy storage station,ESS)组成电动汽车充换储一体化电站(charging-swapping-storage integrated station,CSSIS)作为微网的储能系统,能够降低电动汽车对微网运行的影响,同时提高储能可调节容量。针对微网内风机、光伏的不确定性以及负荷的波动性,建立了基于机会约束规划的经济优化模型,以一定置信水平下满足备用需求作为可靠性约束,基于峰谷分时电价优化一体化电站和燃料电池出力,并确定联络线交互功率。对CSSIS充放电功率在BCSS和ESS之间进行分配时,应用滑动窗口法优先调度BCSS充放电,安排ESS承担剩余功率,从而使BCSS具有较稳定的运行环境,也为ESS提供可调节容量支撑。以一个具体微网为例验证了所提策略的有效性。     

计及充换储一体站的主动配电网鲁棒优化调度

该文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两阶段鲁棒优化调度模型。基于多面体不确定集合分别描述电动汽车快充站、风机和光伏模型。针对地理信息系统建立计及网络拓扑结构的交通流量模型,利用电动公交车发车时刻表和线路安排,结合速度-流量实用模型建立电动汽车换电站模型。在风机、光伏、微型燃气轮机和电动汽车充换储一体站接入的主动配电网中,建立两阶段鲁棒优化调度模型并将其转化为混合整数二阶锥模型,采用分层列和约束生成算法对其进行求解。以某地区实际道路情况为例,并结合改进的PGE69节点系统验证了本文所提方法的优势。     

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。     

基于智能软开关的交直流主动配电网优化控制策略研究

交直流主动配电网符合未来智能电网的发展要求,智能软开关(SOP)是一种可以灵活控制系统功率的电力电子装置,可以有效应对分布式电源接入时的电网波动。首先构建了交直流主动配电网的网架结构,详细分析了背靠背电压源型SOP的控制策略。针对分布式电源大量接入带来的系统损耗增加和节点电压越限等问题,提出了一种基于SOP的交直流主动配电网优化控制策略,该策略以改善功率损耗、调节电压越限为优化目标构建数学模型,采用了改进遗传算法进行求解。最后,通过仿真算例验证了所构建的配电网模型和提出的优化控制策略的有效性。     

换电模式下电动汽车充换电网络的规划

为解决换电模式下电动汽车充换电网络的规划问题,提出了基于集中充电站和电池更换站的充换电网络模型。模型以用户更换电池的总加权距离最短和包含配电网在内的充换电设施的建设、运营维护成本最低为目标,以用户需求、有功功率平衡和线路传输容量为约束条件。采用了交叉中值法求解电池更换站的位置,再由贪婪算法确定集中充电站与电池更换站间的对应关系,并通过粒子群算法进行迭代寻优。最后以交通网络和电力网络作为城市模型,对不同选址定容方案下的建设运营成本进行了比较,结果表明,该规划方法可以有效降低充换电网络的建设运营成本。     

共享电动汽车混合充换电站选址优化

在未来城市中更换电池这种便捷、高效的方式将成为共享电动汽车补充电能的主要方式.为了建立效率高、成本低、电网友好型的混合充换电站,首先根据共享电动汽车的租赁规律以及功率、时间等充电数据,利用蒙特卡洛模拟方法预测共享电动汽车的充电负荷;然后,以共享电动汽车充换电站对用户捕获程度最大、配电系统网络损耗最小和配电系统电压偏移最小为目标,建立共享电动汽车混合充换电站最优规划的多目标模型;最后,采用改进带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对多目标模型进行求解,得到Pareto最优解集.以25节点交通网络和IEEE 33节点配电系统为例,验证了所建模型的可行性,可为共享电动汽车混合充换电站的建设提供可行性经验.     

考虑多源信息实时交互和用户后悔心理的电动汽车充电负荷预测

文章提出了一种考虑多源信息实时交互和用户后悔心理的电动汽车充电负荷预测方法。首先,通过出行链理论和起止点(origin-destination,OD)矩阵法分别获得私家车和出租车出行的起讫点,利用Dijistra算法规划行驶路径;然后,构建基于路网实时车流量统计的速度-流量实用模型,计算路网各路段实时车速。构建考虑环境温度和车速的电动汽车单位里程耗电量模型,计算耗电量;接着考虑充电电价、时间、沿途耗电量等因素,提出基于后悔理论的电动汽车用户充电站选择模型;随后基于交通路网、车辆、公共快充站以及配电网等多源信息,建立多源信息实时交互的电动汽车充电负荷预测框架。最后采用蒙特卡洛法模拟了私家车和出租车的出行和充电过程,得到了区域内充电负荷时空分布。以某区域交通路网和典型配电网为例进行仿真,验证了所提充电负荷预测方法的有效性。仿真结果表明多源信息的及时交互以及考虑用户的后悔心理,会对充电负荷的时空分布产生影响。     

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。     

含电动汽车的交直流混合微网优化调度

为减少电动汽车充电对电网的影响和提高新能源的消纳率,将电动汽车纳入交直流混合微网,根据电动汽车时空特性,建立其无序充电模型。基于分时电价机制,建立了电动私家车不同响应度和电动出租车充电站不同响应模式下的有序充电模型,结合充电方式和交直流混合微网结构特性建立了以日前发电成本最小为目标的微网优化运行模型,通过算例对比了电动汽车无序充电和有序充电对微网调度经济性的影响,证明了有序充电的经济性。算例比较了直流侧同一分时电价响应模式下不同响应度情况对调度目标的影响,以及同一响应度下不同响应模式的结果。通过结果对比,验证了所提出模型的经济性和有效性。     

Energy Management and Control of Electric Vehicle Charging Stations

Abstract

Charging infrastructure is an important component for the healthy growth of the electric vehicle industry. This article presents an energy management and control study of an electric vehicle charging station. The charging station consists of an AC/DC converter for grid interface and multiple DC/DC converters for electric vehicle battery management. For the grid-side AC/DC converter, a direct-current control mechanism is employed for reactive power, AC system bus voltage, and DC-link voltage control. For the electric vehicle-side DC/DC converters, constant current and constant voltage control mechanisms are developed for electric vehicle charging and discharging management. The article considers energy management needs for charge and discharge of multiple electric vehicles simultaneously in a dynamic price framework. A real-time simulation system is developed to evaluate how the electric vehicle charging station can meet grid-to-vehicle, vehicle-to-grid, and vehicle-to-vehicle charging and discharging requirements.     

基于负载电流补偿与转速反馈的飞轮储能系统控制策略

为缓解电动汽车快速充电对电网的冲击,研究在直流快速充电站(DC fast charging station,DC-FCS)应用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)式飞轮储能系统(flywheel energy storage system,FESS)。在传统PMSM双闭环控制的基础上提出基于负载电流补偿与转速反馈的控制策略。首先建立电动汽车直流快速充电站负荷数学模型,对其冲击特性进行分析。然后阐明所提飞轮储能系统控制策略,并设计配有PMSM-FESS的直流快速充电站控制系统。最后在Matlab/Simulink软件平台上搭建配有FESS的快速充电站系统仿真模型。仿真结果表明：所提PMSM-FESS控制策略可有效限制电网功率上升速率,补偿快速充电站母线电压跌落;即使面临多台电动汽车短时间连续接入的情形,所提控制策略仍可有效缓解直流快速充电站对电网的冲击,降低直流母线电压跌落幅度。     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。     

考虑换流站独立控制约束的交直流系统静态无功优化方法

交直流互联电网的三级电压控制结果应当满足换流站运行的独立控制方式,为此,提出一种考虑换流站独立控制约束的交直流系统静态无功优化方法.新模型以三级电压控制周期内直流功率及离散调压设备保持初始运行状态不变为基本假设,在常规交直流系统静态无功优化模型基础上,进一步考虑了直流系统就地无功平衡的死区控制约束以及直流配套电源的非固定边界可调范围约束;算法上,采用内点法进行求解.以中国东北某特高压直流换流站及其近区交流电网仿真验证所述方法的有效性.仿真结果表明,所提方法能够降低换流站离散调压设备的频繁动作风险,实现换流站暂稳态无功功率的协调控制.     

满足电动汽车充电需求的台区柔性资源分布式协调控制

随着电动汽车行业的快速发展,交直流混合微电网经济稳定运行成为重要研究目标,需研究满足孤岛运行的电动汽车充电需求控制技术.围绕多辆电动汽车的充电需求问题,文中提出了一种基于需求的台区柔性资源分布式协调策略(DDRCS),基于电压下垂控制结构提出了一种改进的互联变换器(IC),根据分散和分布工作方式提出一种协调控制的电动汽车存储控制器,建立了基于区域电动汽车充电需求的交直流混合微电网模型,测试了两种控制器在可变光伏、商业负荷和各种故障下的性能.算例表明所提出的分布式控制器在时间延迟和故障条件优于已有分布式控制器,可提高发电可变情况下的交直流混合微电网安全经济运行能力,同时可满足多辆电动汽车充电需求.     

计及充电站无功补偿的配电网日前-实时协调优化模型

电动汽车通过充电桩的变流器接口接入配电网,变流器的无功功率调节能力有助于改善配电网电压分布和运行效率.文中提出一种计及充电站无功补偿的配电网日前-实时协调优化模型.首先,建立了以配电网运营成本最小为优化目标的日前优化模型,确定充电站日前有功功率、电容器组投切和有载调压挡位.再根据日前优化结果和电动汽车实时数据,建立配电网与充电站分层协调的电动汽车有功和无功功率实时优化模型,其中为确保每台电动汽车离开时能够达到目标荷电状态,考虑电动汽车前一时刻荷电状态的影响动态调整其当前荷电状态边界.最后,通过IEEE 33节点系统测试验证了所提模型的有效性.