充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電策略

周眉君

摘 要：隨著當(dāng)前碳排放量的增加，溫室氣對(duì)環(huán)境造成了極大的破壞，導(dǎo)致了全球性的氣候變暖，現(xiàn)如今人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，電動(dòng)汽車作為節(jié)能減排的有效手段得到了廣泛的認(rèn)可和推廣，但是電動(dòng)汽車的充電問題是一個(gè)需要重點(diǎn)研究的問題，如何讓電動(dòng)汽車能夠有序的進(jìn)行從點(diǎn)，是提升充電站工作效率的根本。因此，本文主要就充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電的策略進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：充電站；電動(dòng)汽車；有序充電

前言：當(dāng)前隨著環(huán)保事業(yè)的推廣，電動(dòng)汽車在我國(guó)已經(jīng)取得了一定范圍的應(yīng)用，電力是確保電動(dòng)汽車能夠運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此只有確保充電站內(nèi)的電動(dòng)汽車能夠進(jìn)行有序的充電，才能進(jìn)一步促進(jìn)充電站的效益以及電動(dòng)汽車的發(fā)展。本文將通過(guò)隨數(shù)學(xué)模型的建立來(lái)分析充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電策略。

1充電站有序充電概述及主要內(nèi)容

一般的電動(dòng)汽車充電站主要是通過(guò)配電變壓器來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的。電動(dòng)汽車充電站是通過(guò)為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)而獲取經(jīng)濟(jì)效益的組織，電動(dòng)汽車在充電站內(nèi)進(jìn)行充電要按照充電量以及充電站內(nèi)的充電電價(jià)繳納相應(yīng)的充電服務(wù)費(fèi)用，同時(shí)充電站要按照購(gòu)電電價(jià)向電網(wǎng)公司繳納電費(fèi)，利用之間的差價(jià)來(lái)獲取經(jīng)濟(jì)效益。

電動(dòng)汽車充電站的具體工作原理主要是，通過(guò)對(duì)充電站內(nèi)的充電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)有電動(dòng)車客戶接入其中任意一臺(tái)充電機(jī)時(shí)，充電站的控制系統(tǒng)就能夠?qū)蛻綦妱?dòng)汽車上的電池信息進(jìn)行讀取，從而獲取電池當(dāng)前的電量以及用戶期望達(dá)到的電量。并通過(guò)在充電機(jī)上的具體操作完成充電以及付款過(guò)程[1]。

2有序充電控制策略以及異常情況的處理

2.1有序充電的控制策略

首先我們把充電站內(nèi)的所有充電機(jī)的額定充電功率都設(shè)為，將配電變壓器的額定容量設(shè)為，為充電負(fù)荷功率的平均因數(shù)。電動(dòng)汽車通常是采用鋰電池提供電能，傳統(tǒng)的電動(dòng)車由于缺乏對(duì)電池的有效管理和養(yǎng)護(hù)，到時(shí)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，電池的電量和續(xù)航能力都出現(xiàn)了不同程度的下降，隨著電動(dòng)車在我國(guó)大范圍的應(yīng)用，為了有效的提升電池的使用效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命，目前的大部分電動(dòng)汽車電池都安裝了電池管理系統(tǒng)，因此在對(duì)鋰電池進(jìn)行充電的時(shí)候，一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段，首先是預(yù)充電階段，當(dāng)鋰電池處于電量較低的狀態(tài)時(shí)，如果此時(shí)充電電流過(guò)大，會(huì)對(duì)電池造成一定的沖擊，會(huì)縮短電池的使用壽命，因此需要一段時(shí)間的預(yù)充電，使電池內(nèi)的電荷量逐漸穩(wěn)定，因此就需要在這一過(guò)程中，要將充電功率維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)電池的荷電狀態(tài)接近1時(shí)，將開始恒壓充電，這一階段僅占整個(gè)充電過(guò)程的一小部分，而且要持續(xù)減小充電功率。接下來(lái)我們將就這一階段的充電情況進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)當(dāng)前已經(jīng)投入使用的部分充電站日常運(yùn)行過(guò)程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，獲得確保充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電的策略[2]。

首先，我們通過(guò)對(duì)充電站內(nèi)的變壓器以往的常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，可以推斷出當(dāng)日96點(diǎn)常規(guī)負(fù)荷曲線，頻率為每15分鐘。用來(lái)表示一天中第個(gè)時(shí)間段內(nèi)電動(dòng)汽車在充電機(jī)上進(jìn)行恒壓快速充電時(shí)所產(chǎn)生的功率在變壓器總?cè)萘恐兴嫉谋壤?，Aj的取值范圍在[0，1]。一些電動(dòng)汽車充電站配有專供配電變壓器，此時(shí)Aj=1。

電動(dòng)汽車充電站當(dāng)日的收益可以通過(guò)向充電用戶收取的充電電價(jià)減去充電站從電網(wǎng)所購(gòu)的電價(jià)所得，其中分別用pi和cj來(lái)表示收取的電價(jià)，和購(gòu)買的的電價(jià)，j=1，2，…，96[3]。

對(duì)當(dāng)前充電站內(nèi)充電車輛的停留時(shí)間進(jìn)行分析，計(jì)算出確定從充電站內(nèi)車輛從當(dāng)前時(shí)刻起可能停留的最長(zhǎng)時(shí)間也就是停留時(shí)間的最大值tmax，將這一點(diǎn)可協(xié)調(diào)的充電時(shí)間段設(shè)為，平均每隔15分鐘，就需要系統(tǒng)對(duì)充電的狀態(tài)進(jìn)行一次改變，則有 ，其中[x]是小于x的最大整數(shù)。根據(jù)J，可以列出充電站充電狀態(tài)的矩陣，用S來(lái)表示，其中snj就是充電站內(nèi)的第j臺(tái)充電機(jī)，在第個(gè)可協(xié)調(diào)時(shí)間段內(nèi)的工作情況，即當(dāng)snj等于一個(gè)常數(shù)時(shí)表示有車在進(jìn)行充電；當(dāng)snj=0時(shí)表示沒有車充電。

平均每15分鐘，控制系統(tǒng)對(duì)充電站內(nèi)的電動(dòng)汽車充電情況進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)，充分的掌握電動(dòng)汽車充電站內(nèi)充電機(jī)的運(yùn)行、車輛的多少、所需充電的電力、已充電的時(shí)間以及剩余充電時(shí)間，結(jié)合充電站內(nèi)的電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)和管理，從而實(shí)現(xiàn)充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電，有效的提升充電的效率，促進(jìn)充電站經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)[4]。

2.2充電站內(nèi)有序充電控制異常情況的處理以及電價(jià)的分析

當(dāng)前在我國(guó)，電動(dòng)汽車還屬于一個(gè)新興的交通工具，因此電動(dòng)汽車充電站在運(yùn)行的過(guò)程中缺乏一個(gè)相對(duì)專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)支持，許多問題仍然還處在摸索的階段，因此在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中還存在著一定的問題，例如在日常的工作過(guò)程中，可能會(huì)遇到一部分客戶由于某些原因?qū)τ诔潆姇r(shí)間有著更高的需求，他們希望能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成充電工作。有些時(shí)候用戶的要求超出了充電設(shè)備以及充電站內(nèi)變壓器的國(guó)祚能力，導(dǎo)致充電站不能實(shí)現(xiàn)客戶的要求，也就是說(shuō)在客戶要求的時(shí)間內(nèi)，充電站并不能確保電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)用戶所要求達(dá)到的最終電量。也就是說(shuō)在對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的時(shí)候，出現(xiàn)了無(wú)解的情況。

針對(duì)這一問題，需要系統(tǒng)能夠在客戶輸入充電時(shí)間以及最終所需求的電量以后，對(duì)用戶的需求進(jìn)行求解優(yōu)化控制的計(jì)算，如果出現(xiàn)無(wú)解的情況，也就是說(shuō)不能滿足用戶需求的時(shí)候，系統(tǒng)要對(duì)用戶進(jìn)行相應(yīng)的提示，同時(shí)將該用戶的最終需求電量減少百分之二，再次進(jìn)行優(yōu)化求解，如果仍然無(wú)解，就繼續(xù)對(duì)用戶的需求電量進(jìn)行遞減并計(jì)算，如果始終無(wú)解，就說(shuō)明充電站并不能滿足這位用戶的任何需求，如果有解，需要系統(tǒng)告知顧客最終的調(diào)整結(jié)果，詢問客戶是否依照調(diào)整之后的需求電量進(jìn)行充電[5]。

電價(jià)是衡量充電站經(jīng)濟(jì)收益的重要標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)電價(jià)的分析是十分重要的，影響充電站收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的因素包括充電站的規(guī)模、充電效率、該地區(qū)的電網(wǎng)電價(jià)、該地區(qū)電動(dòng)汽車的使用程度以及該地區(qū)的基本物價(jià)情況等，這其中充電效率的高低直接受到充電站是否進(jìn)行有序充電的影響，實(shí)行有序充電，能夠在同樣的時(shí)間內(nèi)未更多的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，從而提高充電站的工作效率，極大的提升了充電站的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3結(jié)果分析

通過(guò)利用數(shù)學(xué)模型對(duì)有序充電模式下充電站的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，可以明顯的看出在充電站內(nèi)電動(dòng)汽車有序充電的情況下，充電站所獲得的經(jīng)濟(jì)收益比沒有進(jìn)行有序充電的充電站高出許多，這充分的說(shuō)明了有序充電方法在充電站運(yùn)行過(guò)程中所起到的重要作用。

此外，在有序充電模式下，在促進(jìn)充電站經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能保證電動(dòng)汽車的基本電量需求，使電動(dòng)汽車的日平均充電次數(shù)有所降低，為用戶提供了極大的方便

最后，在有序充電模式下，系統(tǒng)對(duì)用戶充電需求的優(yōu)化優(yōu)化計(jì)算時(shí)間短、效率高，同時(shí)具有極高的準(zhǔn)確性，使用戶能夠獲得更加高效的服務(wù)。這種方式尤其適合一些規(guī)模較大的充電站進(jìn)行應(yīng)用。

總結(jié)：隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，電動(dòng)汽車著中節(jié)能減排型的交通工具正逐漸的在我國(guó)進(jìn)行普及，因此針對(duì)電動(dòng)汽車充電站運(yùn)行模式的研究工作是十分必要的。在電動(dòng)汽車充電站內(nèi)實(shí)行有序充電模式，能夠有效的提升充電站的工作效率，實(shí)現(xiàn)充電站利益最大化的同時(shí)也為用戶提供了更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，極大的促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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