王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在住宅小區(qū)傳統(tǒng)建設(shè)模式下，充電樁安裝難、配套投資大，嚴(yán)重阻礙了充電樁在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行普及使用。為解決該問(wèn)題，本文首先調(diào)研了住宅小區(qū)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的出行習(xí)慣和充電特點(diǎn)，提出了分時(shí)電價(jià)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)兩種有序充電模式，然后以用戶(hù)充電費(fèi)用較低為目標(biāo)建立了數(shù)學(xué)模型，并引入特別小區(qū)配電變壓器容量的懲罰因子，之后利用改進(jìn)粒子群算法，仿真分析在無(wú)序充電、分時(shí)電價(jià)響應(yīng)有序充電、動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)有序充電三種方式下的負(fù)荷波動(dòng)性。算法仿真后，證明了所提出充電策略的正確性、有效性。之后，針對(duì)住宅小區(qū)公共、個(gè)人停車(chē)位充電樁，提出了住宅小區(qū)停車(chē)位安裝充電樁響應(yīng)有序充電建設(shè)方案，為今后住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際應(yīng)用充電提供了指導(dǎo)建議。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);住宅小區(qū)；分時(shí)電價(jià)響應(yīng)；動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià);有序充電策略
0引言
國(guó)家在加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)文件《關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確，住宅小區(qū)配建停車(chē)位時(shí)要同步建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留充電樁建設(shè)安裝條件。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小區(qū)物業(yè)部門(mén)擔(dān)心安全責(zé)任準(zhǔn)宅小區(qū)業(yè)主安裝充電樁仍存在較多困難、物業(yè)不配合、報(bào)裝以及接電難度大等情況。在住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；l(fā)展的基礎(chǔ)上，小區(qū)安裝充電樁數(shù)量將進(jìn)一步增多。以山東省某市為例，約有1萬(wàn)個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)變壓器、高低壓電纜等配套設(shè)施設(shè)備、施工費(fèi)按30萬(wàn)元/臺(tái)粗略估計(jì)，假設(shè)增容或新上5臺(tái)變壓器及配套設(shè)施用于小區(qū)充電樁充電使用，預(yù)計(jì)配套電源投資達(dá)到150億元。全國(guó)耗資可能需要上萬(wàn)億，投資成本數(shù)額巨大。并且在普遍的老舊小區(qū)，普遍因位置緊張、地方協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，配電設(shè)施擴(kuò)建改造非常困難。短時(shí)間內(nèi),無(wú)法實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)和要求,迫切需要在原有配電設(shè)施不改造的前提下，研究一種科學(xué)有效、合理有序、投資少見(jiàn)效快、可持續(xù)發(fā)展的住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略[1-2]。國(guó)家在《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中明確，住宅小區(qū)內(nèi)要積極推廣建設(shè)有序慢速充電樁。文獻(xiàn)[3-4]提出在原有配電設(shè)施不增容、不升級(jí)改造的前提下,利用谷時(shí)段充電,從而獲取充電費(fèi)用較低的有序充電方法。文獻(xiàn)提出一種無(wú)需集中式通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制的分布式電動(dòng)汽車(chē)有序充放電策略。實(shí)際生活中，更需要以主動(dòng)引導(dǎo)方式,鼓勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)能夠充分、主動(dòng)響應(yīng)充電價(jià)格參與有序充電策略。文獻(xiàn)提出用戶(hù)充電成本和電動(dòng)汽車(chē)充電起始時(shí)間兩個(gè)目標(biāo)相結(jié)合為較優(yōu)的充電控制策略。文獻(xiàn)考慮充電站運(yùn)營(yíng)收益，以電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)動(dòng)態(tài)引導(dǎo)，建立有序充電模型。通過(guò)調(diào)整電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間和預(yù)測(cè)充電負(fù)荷，使得客戶(hù)充電成本較低，建立有序充電模型。利用啟發(fā)式算法，綜合客戶(hù)充電成本和負(fù)荷曲線較優(yōu)為目標(biāo)，建立有序充電模型。文獻(xiàn)利用原有專(zhuān)變?nèi)哂嗳萘?建立由專(zhuān)變用戶(hù)、充電站運(yùn)營(yíng)商和電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的三層有序充電模型。以上研究對(duì)充電價(jià)格定義尚不明確,僅在峰谷分時(shí)電價(jià)或動(dòng)態(tài)分時(shí)電價(jià)上研究探討。 國(guó)家在電動(dòng)汽車(chē)用電價(jià)格的政策規(guī)定，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電后應(yīng)向充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)繳納電費(fèi)、充電服務(wù)費(fèi)兩項(xiàng)。因此，本文將充電價(jià)格分為充電電價(jià)、充電服務(wù)價(jià)兩部分，分別對(duì)應(yīng)充電電費(fèi)、充電服務(wù)費(fèi)，并依據(jù)充電價(jià)格劃分原則引導(dǎo)、鼓勵(lì)用戶(hù)主動(dòng)調(diào)整用車(chē)行為和充電習(xí)慣，響應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略。充電電價(jià)執(zhí)行一般工商業(yè)分時(shí)電價(jià)，充電服務(wù)費(fèi)由充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、自身經(jīng)營(yíng)情況等制定，主要用于彌補(bǔ)充電樁的運(yùn)營(yíng)成本和建設(shè)成本。本文在分析住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)出行習(xí)慣和充電特點(diǎn)后，在無(wú)序充電方式的基礎(chǔ)上定義分時(shí)電價(jià)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)的兩種有序充電方式，建立以用戶(hù)充電費(fèi)用較低目標(biāo)函數(shù)，并引入超小區(qū)配電變壓器容量的懲罰因子，利用改進(jìn)粒子群算法以，分析分時(shí)電價(jià)響應(yīng)有序充電、動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)有序充電兩種方式下負(fù)荷波動(dòng)性影響。算例仿真驗(yàn)證了本文提出的有序充電策略的有效性和合理性。
1電動(dòng)汽車(chē)出行習(xí)慣
1.1 電動(dòng)汽車(chē)功率需求分析
假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)出行結(jié)束后，就開(kāi)始充電。 假設(shè)充電過(guò)程近似為恒壓過(guò)程，即恒功率充電。 一輛電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間：
式(1)中:Tc為充電的時(shí)間;Pc為充電功率;SOCo為電動(dòng)汽車(chē)初始荷電狀態(tài);w為電動(dòng)汽車(chē)電池容量。將24小時(shí)分為96個(gè)充電時(shí)段，則t時(shí)段電動(dòng)汽車(chē)的充電功率為：
式(2)中N為動(dòng)汽車(chē)充電數(shù)量,Pev,i(t)為電動(dòng)汽車(chē)i在第t時(shí)段的充電功率，其為正值表示在充電，為負(fù)值表示在放電，為零值表示不充電(為閑置狀態(tài))。
1.2 電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)行為習(xí)慣
一天24小時(shí)中，住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的出行時(shí)間不是均勻分布，具有顯著的早晚高低峰現(xiàn)象叫由于上下班工作、接送孩子上學(xué)等生活工作習(xí)慣，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的出行高峰主要集中在7 : 00-8 : 00、17 : 00-19 : 00兩個(gè)時(shí)間段區(qū)間，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在下班后進(jìn)行充電的概率較大。而這期間本身就是住宅小區(qū)用電高峰期，電動(dòng)汽車(chē)集中在此時(shí)間段充電會(huì)增加用電量，造成高峰時(shí)期電力負(fù)荷的緊張,給住宅小區(qū)配電設(shè)施帶來(lái)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)電力系統(tǒng)出現(xiàn)“峰上加峰”的現(xiàn)象。為此，需要通過(guò)充電價(jià)格引導(dǎo)用戶(hù)，改變其充電習(xí)慣,避免造成電力負(fù)荷緊張的局面。
2住宅小區(qū)充電模式分析
小區(qū)用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)，主要用于生活、工作需求，在小區(qū)充電較為方便,工作日下班后、周末全天充電均可,用于第二天上班或生活使用,適合交流慢充。考慮在分時(shí)充電價(jià)格響應(yīng)的有序充電方式下,不需要在小區(qū)配置專(zhuān)人管理電動(dòng)汽車(chē)接入充電樁,只通過(guò)充電價(jià)格引導(dǎo)用戶(hù)主動(dòng)響應(yīng)充電。
2.1 無(wú)需充電方式
無(wú)序充電方式下，不論充電價(jià)格如何變化,電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)下班后將電動(dòng)汽車(chē)連接到住宅小區(qū)充電樁充電，近似恒功率充滿(mǎn)電才斷開(kāi)充電連接。整個(gè)住宅小區(qū)所有電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在有充電樁閑置的情況下，下班后隨機(jī)接入充電。
2.2 分時(shí)電價(jià)響應(yīng)的有序充電方式
分時(shí)電價(jià)響應(yīng)的有序充電方式是在充電電價(jià)分時(shí)段、充電服務(wù)價(jià)固定統(tǒng)一的前提下,部分電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)下班后沒(méi)有立即連接充電樁，而是選擇在一段時(shí)間后連接充電，目的是花費(fèi)較低的充電成本費(fèi)用充滿(mǎn)電。充電電價(jià)執(zhí)行國(guó)家規(guī)定的一般工商業(yè)峰谷分時(shí)電價(jià)。
2.3 動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)的有序充電方式
動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)的有序充電方式是在充電價(jià)格分時(shí)段(充電電價(jià)、服務(wù)價(jià)均分時(shí)段)的前提下，部分電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)下班后沒(méi)有立即連接充電樁，而是選擇在一段時(shí)間后連接充電，目的是花費(fèi)較低的充電成本費(fèi)用充滿(mǎn)電。 充電服務(wù)價(jià)制定規(guī)則。住宅小區(qū)配電室變壓器容量是影響小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)充電的關(guān)鍵因素。為更有效地利用變壓器余量，通過(guò)充電服務(wù)價(jià)響應(yīng)參與住宅小區(qū)普通電力負(fù)荷曲線調(diào)度，根據(jù)上一時(shí)段電力負(fù)荷計(jì)算該時(shí)段的充電服務(wù)價(jià)。利用各時(shí)段價(jià)格差，通過(guò)充電管理系統(tǒng)控制充電樁電流大小，鼓勵(lì)用戶(hù)將充電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到普通電力負(fù)荷較低的時(shí)段，實(shí)現(xiàn)較大化利用住宅小區(qū)變壓器容量。
充電服務(wù)價(jià)與普通電力負(fù)荷的關(guān)系為：
式(3),(4)中：P'n(t)為t時(shí)段普通電力負(fù)荷;Pn為一天中普通電力負(fù)荷平均值。v0為固定充電服務(wù)價(jià)，指充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)向充電車(chē)主收取一定服務(wù)費(fèi)彌補(bǔ)建設(shè)成本,本文取0.45元/千瓦時(shí)。
圖1充電服務(wù)價(jià)變化曲線
高峰期充電，避免住宅小區(qū)配電設(shè)施超負(fù)載運(yùn)行;普通電力負(fù)荷低時(shí),充電服務(wù)價(jià)相對(duì)較低，吸引、鼓勵(lì)住宅小區(qū)充電用戶(hù)選擇接入充電，提高住宅小區(qū)配電設(shè)施利用率。電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷具有可轉(zhuǎn)移性,在充電服務(wù)價(jià)格差的刺激下，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)為降低充電費(fèi)用，盡量選擇在充電服務(wù)價(jià)低的時(shí)段充電也就是將充電負(fù)荷聚集到普通電力負(fù)荷少的時(shí)段充電,充分利用小區(qū)配電室變壓器容量。在0 ： 00-6 : 00時(shí)間段內(nèi)，充電服務(wù)價(jià)相對(duì)較低，在0.2元/千瓦時(shí)以下;在17 : 00-22 : 00時(shí)間段內(nèi)，充電服務(wù)價(jià)相對(duì)較高，在0.8元/千瓦時(shí)以上。
3有序充電優(yōu)化模型
3.1 優(yōu)化目標(biāo)
有序充電優(yōu)化策略目標(biāo)是在現(xiàn)有住宅小區(qū)配電網(wǎng)變壓器余量的基礎(chǔ)上，通過(guò)用戶(hù)主動(dòng)響應(yīng)，讓用戶(hù)充電費(fèi)用降特別多。
3.2 有序充電模型
(1)充電價(jià)格函數(shù):s(t)=q(t) + v(t)無(wú)序充電方式下,q(t)、v(t)、s(t)為常數(shù)。
分時(shí)電價(jià)下的有序充電方式,q(t)為階段函數(shù),v(t)為一常數(shù)，因此s(t)為變量。
動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)下的有序充電方式,q(t)為階段函數(shù),v(t)為動(dòng)態(tài)變量，因此s(t)為變量。
式中:s(t)為t時(shí)段充電價(jià)格,q(t)為t時(shí)段充電電價(jià),v(t)為t時(shí)段充電服務(wù)價(jià)。
(2)配變余量函數(shù)：
式中Sn為小區(qū)配電室變壓器額定容量;COSφN為變壓器額定功率因數(shù);μ為變壓器負(fù)載率;Pb(t)為t時(shí)段住宅小區(qū)配電網(wǎng)普通電力負(fù)荷pi+(t)為t時(shí)段變壓器用電余量。本公式是指充電樁與普通電力負(fù)荷同時(shí)接在一臺(tái)變壓器上，充電樁有功功率與普通電力負(fù)荷有功功率之和是變壓器負(fù)載。 在不超過(guò)住宅小區(qū)配電變壓器容量的前提下,以用戶(hù)充電費(fèi)用很低為目標(biāo)建立函數(shù)：
式⑸ 中Pev,i(t)為第i輛電動(dòng)汽車(chē)t時(shí)段充電功率,N為電動(dòng)汽皋充電樁臺(tái)數(shù)△t為時(shí)間間隔;γ為各時(shí)段超出小區(qū)配電變壓器額定容量限制的懲罰因子本文取10元/千瓦。定義符號(hào)函數(shù)
3.3 約束條件
電動(dòng)汽車(chē)充電響應(yīng)主要受住宅小區(qū)電壓范圍、 充電容量、線路熱負(fù)荷等因素限制。
住宅小區(qū)可允許的電壓范圍約束充電樁側(cè)的電壓維持額定范圍為：
式(7)中：Vi為第i個(gè)充電樁的電壓，Vmin和Vmax分別為住宅小區(qū)配電網(wǎng)允許的較大、較小電壓值。
小區(qū)充電站內(nèi)的充電功率變化范圍為：
式(8)中:△P0為當(dāng)前時(shí)段與上一時(shí)段小區(qū)充電站的充電功率變化范圍，本文取20kW。
(3)充電容量約束
式⑼ 中SOCi,0為第i輛電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的初始荷電狀態(tài);Wi為第i輛電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池容量。
(4)荷電狀態(tài)連續(xù)性約束
式(10)中SOCi,0為第i輛電動(dòng)汽車(chē)在t時(shí)間段末電池的荷電狀態(tài),SOCt-i為第i輛電動(dòng)汽車(chē)在(t-1)時(shí)間段末電池的荷電狀態(tài)。
(5)線路熱負(fù)荷約束
式(11)中:LMCLMCMAX祝嗅分別為線路的熱負(fù)荷、較大熱負(fù)荷。
3.4有序充電控制算法
本文結(jié)合Monte-Carlo模擬，采用改進(jìn)粒子群算法(improved particle swarmoptimization, IPS0)求解問(wèn)題，并引入動(dòng)態(tài)慣性因子w。
式(12) 中：Wmax、Wmin為慣性因子的較大、較小值，一般Wmax=0.9,Wmin =0.4,t、Tmax分別為當(dāng)前迭代次數(shù)與設(shè)置的較大迭代次數(shù)。 使用IPSO進(jìn)行優(yōu)化求解時(shí)，將第i輛電動(dòng)汽車(chē)在t時(shí)段的充電功率變量xit作為粒子的位置坐標(biāo),粒子維數(shù)為NxT。
圖2有序充電方式算法流程圖
本文研究24小時(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化，采用Madab仿真求解，其算法流程圖如圖2所示。
4仿真算例
4.1 住宅小區(qū)配電網(wǎng)
以山東省某市住宅小區(qū)為例，其設(shè)備參數(shù):一臺(tái)配電變壓器容量為800kVA,額定功率因數(shù)0.95,較大允許負(fù)載率0.9,變比10/0.4kV,三相線路2.8km,單相電纜1.2km,480家住宅用戶(hù)，低壓配電網(wǎng)電壓在額定電壓220/380V允許的+10%-10%范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)調(diào)査了解,住宅小區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)保有量48輛,有長(zhǎng)城C30EV、比亞迪e5、北汽EX360等電動(dòng)汽車(chē)品牌，電池容量大致在25kWh~80kWh,計(jì)劃近期購(gòu)買(mǎi)或更換電動(dòng)汽車(chē)有72戶(hù)。如果要對(duì)該住宅小區(qū)統(tǒng)一安裝充電樁，計(jì)劃安裝60臺(tái)功率7kW交流充電樁，車(chē)樁比約2 ：1。
4.2 電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電方式
電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)不受充電價(jià)格影響，隨機(jī)接入充電樁啟動(dòng)充電,16 : 00-20 : 00時(shí)間段充電負(fù)荷出現(xiàn)高峰期。住宅用戶(hù)由于下班回家，電視、廚房等用電設(shè)備開(kāi)啟，在18 : 00-22 : 00時(shí)間段，普通電力負(fù)荷出現(xiàn)負(fù)荷高峰期。計(jì)入住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電負(fù)荷，總負(fù)荷曲線在18 : 00-20 : 00時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)“峰峰疊加”現(xiàn)象，較高負(fù)荷達(dá)到866kW,超出較大允許負(fù)荷684kW約27%( 圖3)。
圖3無(wú)序充電方式下的負(fù)荷變化曲線
在考慮接入48輛電動(dòng)汽車(chē)的前提下，引入懲罰因子對(duì)超出小區(qū)配變?nèi)萘肯拗朴枰约邮召M(fèi)用，利用IPSO求解目標(biāo)函數(shù)，用戶(hù)充電費(fèi)用10931元。住宅小區(qū)配電變壓器已超載,無(wú)法滿(mǎn)足小區(qū)繼續(xù)新增電動(dòng)汽車(chē)充電需求。在該時(shí)間段內(nèi)變壓器出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，線路過(guò)熱，可能影響變壓器等設(shè)備過(guò)載、線路跳閘,嚴(yán)重影響整個(gè)住宅小區(qū)正常用電。由此可見(jiàn)，無(wú)序充電方式既不安全，又不經(jīng)濟(jì)。
4.3 分時(shí)電價(jià)響應(yīng)的有序充電方式
有90%電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)響應(yīng)分時(shí)電價(jià)下的有序充電方式，其中30%電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)選擇在下班后平時(shí)段(21 : 00-23 : 00)接入充電樁充電,60%電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)選擇在下班后谷時(shí)段(23 : 00-7 : 00)接入充電樁充電，剩余10%電動(dòng)汽車(chē)仍選擇在下班后隨機(jī)接入充電樁充電(表1)。
表1分時(shí)段充電價(jià)格表
在21 : 00之后充電負(fù)荷開(kāi)始增加,23 : 00之后再次出現(xiàn)陡增趨勢(shì);22 : 00總負(fù)荷出現(xiàn)較大峰值605kW,在小區(qū)配電變壓器安全運(yùn)行容量范圍內(nèi)(圖4)。求解目標(biāo)函數(shù)，用戶(hù)充電費(fèi)用2217元,與無(wú)序充電方式相比較,充電費(fèi)用節(jié)省80%。
圖4分時(shí)電價(jià)響應(yīng)的有序充電方式負(fù)荷變化曲線
隨機(jī)抽取第3輛電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)為例，分析計(jì)算該用戶(hù)充電費(fèi)用。該用戶(hù)電動(dòng)汽車(chē)品牌是北汽EX360,電池容量48kWh,充電起始荷電狀態(tài)SOC為28%, 用戶(hù)需求是充滿(mǎn)電,SOC達(dá)到100%根據(jù)用戶(hù)需求，按照恒功率7kW交流充電樁充電，北汽EX360充滿(mǎn)電需5小時(shí)(表2)。
表2不同充電方式下的充電費(fèi)用明細(xì)
在無(wú)序充電方式下,該用戶(hù)17 : 30下班到住宅小區(qū)接入充電樁充電，在峰時(shí)段(17 : 30-21 : 00)充電3.5h,在平時(shí)段(21 : 00-22 : 30)充電1.5h0北汽EX360單次充滿(mǎn)電，需花費(fèi)用戶(hù)44.83元。 用戶(hù)響應(yīng)分時(shí)電價(jià)下的有序充電方式,分別為響應(yīng)平時(shí)段有序充電和響應(yīng)谷時(shí)段有序充電。響應(yīng)平時(shí)段有序充電，用戶(hù)下班后沒(méi)有接入充電樁充電而是在21 : 00接入充電。在平時(shí)段(21 : 00-23 : 00)充電2h,在谷時(shí)段(23 : 00-次日2 : 00)充電3h。同理計(jì)算，北汽EX360單次充滿(mǎn)電,需花費(fèi)用戶(hù)41.71元,充電費(fèi)用節(jié)省7%。響應(yīng)谷時(shí)段有序充電，用戶(hù)下班后沒(méi)有接入充電樁充電，而是在23 : 00接入充電。在谷時(shí)段(23 : 00-次日4 : 00)充電5h。同理計(jì)算,北汽EX360單次充滿(mǎn)電，需花費(fèi)用戶(hù)37.54元,充電費(fèi)用節(jié)省16%。
4.4 動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)的有序充電方式
考慮48輛電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷響應(yīng)有序充電，在充電電價(jià)分時(shí)段的基礎(chǔ)上,90%用戶(hù)響應(yīng)充電服務(wù)價(jià)有序充電方式。住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)結(jié)合自身出行需求，由充電管理系統(tǒng)控制充電樁電流大小，盡量選擇在充電價(jià)格較低時(shí)間段充電。充電負(fù)荷主要集中在充電電價(jià)谷時(shí)段(23 : 00-6 : 00)、充電服務(wù)價(jià)低時(shí)段(13 : 00-15 : 30)充電(圖1)。夜間，普通電力負(fù)荷雖然在22：00之后急劇下降，但充電價(jià)格也同時(shí)下降，吸引電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)積極參與充電服務(wù)價(jià)下的有序充電方式。白天，充電電價(jià)在平時(shí)間段(11 : 30-16 : 00)較低,充電服務(wù)價(jià)在13 : 00-15 : 30時(shí)間段較低，相互疊加，共同作用，影響充電價(jià)格在13 : 00-15 : 30時(shí)間段較低，電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷增加約100kWo與此同時(shí)，普通電力負(fù)荷在10 : 00-13 : 00時(shí)間段迎來(lái)負(fù)荷“小高峰”，再次疊加,形成總負(fù)荷在時(shí)間段11 : 30-13 : 00時(shí)間段形成“小高峰”，較大負(fù)荷400kW,仍在小區(qū)配電變壓器安全運(yùn)行容量范圍內(nèi)。求解目標(biāo)函數(shù)，用戶(hù)充電費(fèi)用1334元，與無(wú)序充電方式相比較，充電費(fèi)用節(jié)省 88%(圖 5)。
圖5小區(qū)內(nèi)48輛電動(dòng)汽車(chē)響應(yīng)動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)有序充電方式的負(fù)荷變化曲線
計(jì)入小區(qū)用戶(hù)計(jì)劃的72輛電動(dòng)汽車(chē)后，仿真模擬120輛電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷響應(yīng)充電服務(wù)價(jià)下的有序充電，總負(fù)荷曲線更趨于平緩(圖6)。
圖6小區(qū)內(nèi)120輛電動(dòng)汽車(chē)響應(yīng)動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)有序充電方式的負(fù)荷變化曲線
48輛電動(dòng)汽車(chē)、120輛電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷分別響應(yīng)充電服務(wù)價(jià)下的有序充電與無(wú)序充電方式相比較負(fù)荷波動(dòng)性(表3)。
與分時(shí)電價(jià)下的有序充電方式相比,動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)的有序充電方式更能為用戶(hù)有效節(jié)省充電費(fèi)用。 而且從小區(qū)配電變壓器負(fù)荷波動(dòng)性角度看，通過(guò)響應(yīng)普通電力負(fù)荷曲線制定的動(dòng)態(tài)充電服務(wù)價(jià)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)參與有序充電更具有吸引性。在同一小區(qū)配電變壓器，更多的電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷接入，不僅不超變壓器負(fù)載,而且總負(fù)荷曲線波動(dòng)性趨于平緩,“移峰填谷”作用更為明顯。
5有序充電方式應(yīng)用
在本文描述的基于分時(shí)電價(jià)、動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)的兩種有序充電方式基礎(chǔ)上，提出住宅小區(qū)停車(chē)位安裝充電樁響應(yīng)有序充電建設(shè)方案，用于指導(dǎo)實(shí)際商業(yè)應(yīng)用。
5.1 住宅小區(qū)公共停車(chē)位充電樁建設(shè)方案
對(duì)于老舊小區(qū)，可能不存在物業(yè)公司等管理部門(mén),公共停車(chē)位歸業(yè)委會(huì)或居委會(huì)所有;對(duì)于新建小區(qū)，一般公共停車(chē)位由物業(yè)公司負(fù)責(zé)管理。無(wú)論老舊小區(qū)還是新建小區(qū)，均可以由第三方建設(shè)運(yùn)營(yíng)企業(yè)建設(shè)有序充電樁,響應(yīng)動(dòng)態(tài)分時(shí)充電價(jià)格激勵(lì)，停車(chē)位經(jīng)營(yíng)管理單位(業(yè)委會(huì)或居委會(huì)、物業(yè)公司)參與收益分配,增加積極性。
5.2 住宅小區(qū)個(gè)人停車(chē)位充電樁建設(shè)方案
住宅小區(qū)業(yè)主在個(gè)人停車(chē)位安裝隨車(chē)配建的充電樁，可以通過(guò)程序升級(jí)等技術(shù)改造,申請(qǐng)加入動(dòng)態(tài)分時(shí)充電價(jià)格響應(yīng)有序充電，利用業(yè)主一般白天上班、停車(chē)位閑置時(shí)間，將個(gè)人停車(chē)位及停車(chē)位上的充電樁共享，為其他電動(dòng)汽車(chē)提供停車(chē)服務(wù)和充電服務(wù),通過(guò)個(gè)人停車(chē)位共享獲得收益o個(gè)人通過(guò)停車(chē)位共享能夠滿(mǎn)足其他車(chē)輛停放、 充電，獲得收益或抵扣個(gè)人充電費(fèi);停車(chē)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理單位通過(guò)合作能從充電客戶(hù)獲取停車(chē)費(fèi)、從第三方建設(shè)運(yùn)營(yíng)企業(yè)獲取充電設(shè)施固定租金收入或服務(wù)費(fèi)分成收益。住宅小區(qū)不僅解決了充電難問(wèn)題，還解決了停車(chē)難問(wèn)題，停車(chē)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理單位獲取了“停車(chē)費(fèi)+固定租金(或服務(wù)費(fèi)分成)”收入,電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)能用低成本充滿(mǎn)電，第三方建設(shè)運(yùn)營(yíng)企業(yè)提高了充電設(shè)施使用率，實(shí)現(xiàn)了多方合作、互利共贏局面。
6 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)
6.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢(xún)等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
6.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。
6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.3.1系統(tǒng)分為四層：
1)即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶(hù)端層。
2)數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。
3)網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
4)數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5)應(yīng)客戶(hù)端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。
6.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
6.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
6.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
6.4.3交易管理
平臺(tái)管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對(duì)其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶(hù)每日的充電交易詳細(xì)信息。
6.4.4故障管理
設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。
6.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
6.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶(hù)，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶(hù)充值、 凍結(jié)和解綁。
6.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送
6.4.8充電小程序
面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。
7結(jié)語(yǔ)
在考慮住宅小區(qū)充電樁難安裝的背景下，本文根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)出行習(xí)慣、充電特點(diǎn)和住宅小區(qū)配電變壓器容量限制因素，提出利用改進(jìn)粒子群算法建立以用戶(hù)充電費(fèi)用較低為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)仿真分析，得到以下結(jié)論:與無(wú)序充電方式相比， 兩種有序充電方式都能節(jié)省充電費(fèi)用，負(fù)荷波動(dòng)性趨于平緩；與分時(shí)電價(jià)響應(yīng)的有序充電方式相比,通過(guò)小區(qū)配網(wǎng)負(fù)荷曲線制定的動(dòng)態(tài)服務(wù)價(jià)響應(yīng)有序充電方式更能夠平抑負(fù)荷曲線，提升小區(qū)配網(wǎng)設(shè)施利
用率與安全性，且對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)吸引度高,能夠積極響應(yīng)。規(guī)模化電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用后，響應(yīng)動(dòng)態(tài)分時(shí)電價(jià)的有序充電方式的用戶(hù)比例越高,“移峰填谷”作用越明顯。
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