电动汽车充放电优化管理的研究

狄金灿 段顺洋 吕振宇

摘 要：随着汽车保有量的逐年增加，汽车尾气的大量排放已成为造成大气污染的重要原因之一，而且传统汽车消耗大量的石油资源；为了应对日益严峻的资源和环境问题，世界各国政府都在积极推广电动汽车（Electrical Vehicle， EV）。电动汽车的能量主要来源于电网，大量电动汽车因充电接入电网可能造成波峰叠加情况，但对其充放电行为进行优化管理可以取得良好的效益。我们研究了电动汽车充电行为特征以及其充电负荷，进而对其充放电行为进行优化管理。

关键词：電动汽车；充电特征；充放电行为优化

1.引言

随着全球能源和环境问题的日益突出，电动汽车因其所具有的使用清洁能源、尾气零排放等优点受到广泛关注，电动汽车的大规模普及应用也将成为今后发展的必然趋势。大量电动汽车因充电需要接入电网可能会导致因波峰时间集中充电而造成波峰叠加等情况发生，但电动汽车作为移动式储能，在其闲置时如何对其有效利用，如何对其充电行为进行引导，如何充放电行为优化管理，成为电动汽车规模化普及中需要解决的重要问题。

2.电动汽车充电行为特征

2.1电动汽车充电开始时刻

我们调查了某城市100辆电动汽车一周的充电记录，其中包括电动汽车的充电开始时刻、连接时长和充电电量。将调查到的数据导入MATLAB，然后将数据图表化，从而观察电动汽车充电行为特征量的分布规律。

如图2-1，为在随机抽取的100辆电动汽车中第i（0

图2-1电动汽车的充电开始时刻三维图

通过图2-1来看，100辆电动汽车中有30辆电动汽车充电开始时间集中分布在（14：00～19：00）以17：00左右为对称轴上下有两小时左右的波动，有70辆电动汽车充电开始时间集中分布在（9：00～15：00）以11：00为对称轴上下有两小时左右的波动。且充电开始时刻在工作日和周末有明显差异，因此上下起伏较大。由此可以看出充电开始时刻的分布近似为正太分布。

2.2电动汽车充电连接时长

在随机抽取的100辆电动汽车中第i（0

有大约40辆左右的取样车辆一周内的充电连接时间较为稳定，保持在0～5小时之内，另有30辆左右的取样车辆一周内充电连接时长稳定在10～35个小时之间；剩余的30辆车在工作日内充电连接时间稳定在0到5个小时，双休日内充电连接时间在10到35小时之间。

2.3电动汽车充电电量

在随机抽取的100辆电动汽车中第i（0

在100辆电动汽车中由大约30辆电动汽车充电电量稳定在15～25kwh，有40辆电动汽车的充电电量稳定在5～15kwh，有30辆的充电量在工作日未定在5～15kwh，在周末稳定在15～25kwh。充电电量的分布规律与充电连接时间的分布类似。

3.电动汽车无序充电影响

对电力负荷的影响，大规模的对电动汽车进行充电将使得电力负荷迅速增加，如果大规模电动汽车在用电高峰期进行充电，会使电网负荷的峰谷差更大，增加电网的负担。大量的电动汽车无序入网充电时，可能会导致电网的负荷“峰上加峰”，使得电网调峰的难度更大，常规机组投资成本加大，加重了输配电网的压力，大大降低了电网的安全性以及可靠性。随着电动汽车数量不断增加，电动汽车充电对电网的不良影响更为严重。

对电能质量的影响。大量的电动汽车接入电网中，将产生谐波污染、电压偏移、三相不平衡等电能质量问题【1】。

4.配电网中电动汽车充放电行为优化

电动汽车与电网互动（Vehicle to Grid，V2G）指通过合理的策略和先进的通讯手段对电动汽车的充放电行为进行优化管理。车辆到电网优化时，电动汽车作为可控的储能单元，在满足用户充电需求的约束下，在负荷高峰及波动较大的时期能够向电网送电，达到削峰填谷、减小负荷波动的目的。

根据蒙特卡洛方法【2】，计算5000辆电动汽车的充放电功率平衡。

由上式可得在充电站全功率输出的情况下，各时段内的供电功率都能满足充电汽车的充电需求，但全功率下会产生较大的有功功耗，有功功耗随设定功耗的减小而降低。部分时段内充电站无法满足充电需求，需要借助汽车放电来满足需求。

5.结论

电动汽车的大规模接入将是未来智能电网的特征之一，其充电行为在时间上和空间上具有随机性，规模化电动汽车的无序充电会对电力系统的安全运行与控制带来更大的不确定性。电动汽车充放电优化管理时，电动汽车作为可控的储能单元，在满足用户充电需求的约束下，在负荷高峰及波动较大的时期能够向电网送电，达到削峰填谷、减小负荷波动的目的。另一方面随着风能、太阳能等新能源的发展利用，以新能源为基础的发电规模不断增大。

参考文献：

[1]谢毓毓，《电动汽车充电对电网的影响及对策》，华北电力大学，2016年

[2]蓝忆依，蒙特卡洛算法简介，2016年4月21日

作者简介：

狄金灿：（1998—），女，山东济宁人，本科，研究方向：智能交通规划

段顺洋：（1998—），男，山东菏泽人，本科，研究方向：智能交通规划

吕振宇：（1999—），男，山东济宁人，本科，研究方向：电子信息