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電動(dòng)汽車有序充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響分析論文
0引言
隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的不斷下降，人們?cè)絹碓教岢G色環(huán)保的生活概念。電動(dòng)汽車因響應(yīng)了我國(guó)的節(jié)能減排政策而發(fā)展迅速。另一方面，傳統(tǒng)的化石燃料資源日益枯竭，風(fēng)能和太陽能作為較有前景的可再生能源被人們廣泛研究和利用。
首先，風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電入網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動(dòng)，當(dāng)大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)時(shí)，如何平抑其對(duì)電網(wǎng)造成的功率波動(dòng)并提高電網(wǎng)對(duì)其的消納能力是亟待解決的問題。其次，大規(guī)模的電動(dòng)汽車入網(wǎng)充電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張，尤其會(huì)加重高峰時(shí)段的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，如何通過協(xié)調(diào)控制電動(dòng)汽車的充電過程來減小其對(duì)電網(wǎng)的影響是值得研究的問題。結(jié)合以上兩點(diǎn)問題，本文提出如下研究思路:通過引導(dǎo)電動(dòng)汽車進(jìn)行有序充電，來減少大規(guī)模無序充電對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，通過對(duì)充電負(fù)荷時(shí)問和數(shù)量上的控制平抑風(fēng)、光等新能源對(duì)電網(wǎng)造成的波動(dòng)，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)峰谷差。
針對(duì)電動(dòng)汽車的有序充電以及相關(guān)領(lǐng)域的研究，已有一些成果發(fā)表。文獻(xiàn)從充電站運(yùn)營(yíng)效益的角度出發(fā)，通過動(dòng)態(tài)響應(yīng)電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)，采用有序充電控制方法提高電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)效益，但沒有考慮電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)可能導(dǎo)致另外一個(gè)用電高峰在夜間出現(xiàn)。文獻(xiàn)針對(duì)如何利用電動(dòng)汽車有序充電對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)削峰填谷效果的問題，提出了峰谷電價(jià)時(shí)段的優(yōu)化模型與方法，但是未考慮峰谷電價(jià)和用戶響應(yīng)問題。文獻(xiàn)以減小電網(wǎng)峰谷差作為主要目標(biāo)，結(jié)合電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)時(shí)段劃分與局域配電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)情況，提出了電動(dòng)汽車充電分時(shí)電價(jià)時(shí)段劃分方法，但沒有考慮區(qū)域風(fēng)、光等新能源出力對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷特性的影響。文獻(xiàn)建立了電動(dòng)汽車與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，分析了調(diào)度電動(dòng)汽車充電以平滑電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)、消納夜問過剩風(fēng)電的可行性。但該文獻(xiàn)側(cè)重于通過調(diào)度來控制電動(dòng)汽車充電行為，未針對(duì)需求側(cè)響應(yīng)提出具體的有序充電方案。
在以上研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)如何利用電動(dòng)汽車有序充電對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷以及消納風(fēng)能、太陽能等可再生能源問題提出具體模型和方法。通過建立區(qū)域風(fēng)光出力概率模型和兩段式峰谷電價(jià)模型對(duì)電動(dòng)汽車有序充電進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)兩段式峰谷電價(jià)模型的谷電價(jià)時(shí)段起止時(shí)問以及峰谷電價(jià)比建立優(yōu)化模型，并利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解。
1.區(qū)域風(fēng)光出力概率模型
若一個(gè)地區(qū)共有風(fēng)電場(chǎng)n個(gè)，有光伏發(fā)電站n2個(gè)，并作如下假設(shè):同一風(fēng)電場(chǎng)(光伏電站)內(nèi)各風(fēng)機(jī)(光伏組件)的出力之問滿足強(qiáng)相關(guān)，即相關(guān)系數(shù)為1;不同風(fēng)電場(chǎng)(光伏電站)總出力之問相互獨(dú)立，即相關(guān)系數(shù)為0;光伏電站總出力和風(fēng)電場(chǎng)總出力之間相互獨(dú)立，即相關(guān)系數(shù)為O。
因此根據(jù)文獻(xiàn)所提方法，風(fēng)速按滿足Weibull分布考慮時(shí)，可由歷史數(shù)據(jù)求得風(fēng)電場(chǎng)i的有功出力隨機(jī)變量的半不變量r，其中i=1,2,3,...,n;光照強(qiáng)度滿足B eta分布時(shí)，對(duì)于光伏電站j，可以求出光伏電站j的有功出力隨機(jī)變量的半不變量E,j=1,2,3,...,n2。
所有風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的有功出力是n2 +n個(gè)隨機(jī)變量，根據(jù)假設(shè)，他們之問滿足相互獨(dú)立，由于相互獨(dú)立的半不變量之問具有可加性，因此可以得到風(fēng)、光總有功出力的半不變量，即
2不確定性負(fù)荷曲線的峰谷差評(píng)估方法
由于負(fù)荷曲線的不確定性，實(shí)際網(wǎng)供負(fù)荷曲線是在負(fù)荷波動(dòng)“帶”內(nèi)的一條隨機(jī)曲線。因此，區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷疊加上風(fēng)光出力后，其峰谷差(峰谷差率)難以直接求出，本文提出了一種概率檢驗(yàn)方法來完成對(duì)峰谷差的評(píng)估。
3基于需求側(cè)響應(yīng)的電動(dòng)汽車有序充電
3.1無序充電影響
當(dāng)大規(guī)模電動(dòng)汽車進(jìn)行無序充電時(shí)，利用文獻(xiàn)所提出的蒙特卡洛模擬法可以得到電動(dòng)汽車無序充電負(fù)荷曲線，當(dāng)有100萬輛電動(dòng)汽車在某城市運(yùn)行使用時(shí)，其負(fù)荷波動(dòng)帶產(chǎn)生的變化。
在沒有任何引導(dǎo)與制約措施的情況下，大規(guī)模電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷需求峰值將出現(xiàn)在原始負(fù)荷的峰值附近，造成電網(wǎng)負(fù)荷峰值附近的負(fù)荷曲線“帶”上移，負(fù)荷曲線更趨于不平坦，電網(wǎng)負(fù)荷峰值與谷值差距進(jìn)一步加大。
4算例
在本文算例中，以某城市典型日負(fù)荷曲線及該城市風(fēng)、光歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并設(shè)定該城市接入的風(fēng)場(chǎng)和光伏電站數(shù)據(jù)，算例模擬100萬輛電動(dòng)汽車運(yùn)行的情況，電動(dòng)汽車采用恒功率充電P=2.5 kW o在本算例中，用戶對(duì)電動(dòng)汽車行駛需求不同時(shí)的響應(yīng)曲線。行駛需求一般時(shí)段的響應(yīng)曲線取迫切與低迷時(shí)段的平均值。峰谷電價(jià)的最大可接受范圍。
5結(jié)語
本文通過建立區(qū)域風(fēng)光出力概率模型和兩段式峰谷電價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電進(jìn)行引導(dǎo)，進(jìn)而利用其平抑電網(wǎng)因大規(guī)模風(fēng)、光發(fā)電接入而產(chǎn)生的波動(dòng)，達(dá)到了優(yōu)化電網(wǎng)峰谷差的目的。隨著風(fēng)、光等新能源入網(wǎng)規(guī)模和電動(dòng)汽車應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通過電動(dòng)汽車的有序充電來改善電網(wǎng)的負(fù)荷特性、優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)峰谷差是具有可行性的。
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