计及碳减排的电动汽车充电多目标优化调度

创新点

随着环境污染、温室气体排放等问题的出现，电动汽车等新能源技术成为了缓解能源危机与解决节能环保问题的有效途径。电动汽车在政府的支持下得到了全面地推广和使用，对于减少化石能源的使用、减少环境污染做出了巨大贡献。本文从电动汽车用户的角度出发，考虑车辆起始充电时间、车辆SOC等信息，基于充电功率实时调整、分时电价引入和灵活SOC需求构建了有序充电调度模型。为验证所构建策略的科学性和有效性，选择多场景电动汽车充电调度作情景分析，相比于无序充电，在不同情景中有序充电能有效节约用户充电成本、平滑负荷曲线，同时还能保证日电动汽车充电碳排放显著降低，实现多主体参与下的互利共赢。

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计及碳减排的电动汽车充电多目标优化调度

作者：陈建民^1,2，王洁³，陈士翀³，赵伟刚^1,2

单位：1.北京理工大学能源与环境政策研究中心；2.北京理工大学管理学院；3.国家电网有限公司大数据中心

摘要与关键词

摘要：针对电动汽车无序充电成本高、负荷波动大和间接碳排放高等问题，结合电碳排放因子和分时电价建立了电动汽车有序充电多目标优化调度模型。模型综合用户充电成本、电网负荷方差、充电碳排放量作为目标函数，设置变压器容量约束、电池充电量灵活荷电状态（SOC）需求约束、充电速率约束等约束条件，提出了电动汽车在居民小区、单位园区、公共停车场、高速服务区等多场景下有序充电优化调度策略。通过对比各个充电场景下四季典型日的优化调度结果，发现基于充电功率实时调整、分时电价引入和灵活SOC需求构建的有序充电策略与同情景下电动汽车无序充电相比，在节约用户成本、维持电网稳定性和降低充电碳排放方面均表现出明显的优越性。研究发现在供电公司执行有序充电优化调度策略时，居民小区情景的最优充电时间是0：00—8：00，单位园区情景是6：00—10：00和12：00—21：00，公共停车场情景是10：00—18：00，高速服务区情景是8：00—10：00和12：00—16：00，此时能够同时达到降低用户充电成本、平抑负荷波动以及降低充电碳排放的优化效果。

关键词：电动汽车；多目标优化；有序充电；充电成本；多场景；目标函数

结论与展望

本文针对电动汽车在不同场景下接入电网后充电优化调度问题开展研究，分析了不同场景、不同典型日下的基础负荷特征和电动汽车充电负荷特征，在已有研究最新进展的基础上，考虑充电功率实时调整、分时电价引入和灵活SOC需求提出有序充电优化调度策略。基于建立的电动汽车充电优化调度模型，使用CPLEX求解器进行求解，并进行对比分析。
结果表明，在充电站控制中心采用以所选场景分时电价为引导信息、以充电功率实时调整为主要方式、以灵活SOC需求为辅助手段的有序充电调度模式，能够有效地实现电动汽车充电平抑负荷波动的目标。该研究还发现在供电公司执行所定有序充电调度策略时，在居民小区场景下安排电动汽车从0：00—8：00时间段内充电，在单位园区情景下安排电动汽车在 6：00—10：00、12：00—21：00两个时间段内充电，在公共停车场情景下安排电动汽车从10：00—18：00时间段内充电，在高速服务区情景下安排电动汽车在8：00—10：00、12：00—16：00两个时间段内充电，能够同时达到降低用户充电成本、平抑负荷波动以及降低充电碳排放的优化效果。该充电模式将上层调度机构的负荷调度范围压减到变压器的最大负载功率以下，从而有效地避免了电动汽车无序充电造成充电“次高峰”甚至给电网带来超负荷运行的问题，为电动车充电优化调度问题的解决提供了新途径。
本文研究中假设EV聚合器能够实时收集电动汽车充电信息传输至充电站控制中心，然后控制中心根据构建的调度优化模型求取当下环境的最优解作为调度结果，再由EV聚合器负责将调度结果信息传输至每一个正在为电动汽车充电的充电桩，由充电桩执行最终的充电调度结果。在考虑配电网电压器容量限制、电动汽车电池安全限制以及充电限制等约束条件后，下一步可以考虑多场景之间的电动汽车充电联动问题，从城市整体层面进行更深层次的研究，考虑在大都市层面推行有序充电调度策略的现实可行性。

部分图表

表1 居民小区场景下有序充电与无序充电调度结果比较