吴胜聪，吴 峰，韩紫烨

（1.三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443000；2.武汉南瑞电力工程技术装备有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

汽车工业的飞速发展带动了现代社会的发展，汽车作为日常出行的工具，成为了人们生活不可缺少的部分，间接地增加了国民经济对石油资源的依赖性，使得环境污染进一步加剧，不可再生能源日益短缺。在此情况下，新能源汽车中以电动汽车为代表飞速发展。但是使用原有的配电网支持大数量的电动汽车，在电能质量、网络损耗及设备利用率等方面明显负荷不够。为了减小输配电系统的压力，对基于配电网负荷概率模拟的电动汽车充电策略进行研究。本文针对蓄电池充电功率特性，建立充电概率模型[1]。考虑电动汽车的充电特性，如电动汽车数量、充电时间等，对配电网电动汽车的总数进行选择，设计电动汽车配电网负荷概率模拟方法，对充电策略进行研究。

1 设计基于配电网负荷概率模拟的电动汽车充电策略

设计了一个配电网负荷概率模拟下的电动汽车充电策略。该策略的原理是根据电动汽车能源类型对数量抽样环节的概率模型及其参数进行选择，再根据不同区域各类电动汽车需要充电的数量进行叠加，最终得到电动汽车接入配电网的负荷需求。传统的配电网负荷概率针对的只是纯电动汽车，默认纯电动汽车的充电阶段为接入电网后随即进入充电模式，没有将电动汽车的实时流量概率分布纳入考虑范围内。初始SOC和充电时刻相对分离，可以忽略初始状态下的SOC特性对电动汽车充电时间的影响。不同类型电动汽车的充电时长、充电功率等充电参数有所差异，相应的充电负荷的载入量更加有所不同[2]。为减小电动汽车充电时对配电网负荷的影响，设计了新型的充电策略，建立了电动汽车充电概率模型，研究了不同电动汽车的日行驶里程对SOC的影响，设定了电动汽车的充电负荷概率模拟流程。

1.1 建立电动汽车充电概率模型

纯电动汽车日行驶里程dx的不同与汽车的类型有关，根据SOC模型的统计数据，可知纯电动汽车日行驶里程dx满足正态分布矩阵：

其中，αm1为日行驶里程样本数据的均值，βn为服从对数正态分布的随机变量。电动汽车在不同情况下具有三种充电方式：常规充电、快速充电和更换电池。这三种方式的能源输出主要依靠蓄电池。在SOC概率模型下，混合能源的电动汽车的蓄电池能源充足时，蓄电池状态是电荷消耗模式，电动汽车行驶的动力全部由蓄电池提供。当蓄电池能量消耗殆尽时，切换电荷维持模式自动保护蓄电池，此时由燃料提供全部能耗，延长蓄电池寿命。不同类型电动汽车的行驶里程参数基于NHTS统计数据，如表1所示。

电动汽车蓄电池的初始SOC的特性是由两个方面决定的，一方面是前次充电后的蓄电池的功能状态，另一方面是连续两次充电之间电动汽车所行驶的千米数。电动汽车蓄电池能量即将耗尽时，可得蓄电池的荷电状态SOC为：

表1 不同类型电动汽车的日行驶里程参数

其中，T2N代表样本蓄电池充电时间的平方差；D2代表电动汽车充电功率。

1.2 设定电动汽车的充电负荷概率模拟流程

当需要充电的汽车相对数量比较大时，电动汽车接入配电网进行充电对于配电网的供电稳定性是一个考验。本文设计了电动汽车负荷概率模拟流程，如图1所示（改进部分由虚线方框表示）。

图1 充电负荷概率模拟流程

对充电时刻进行抽样时，首先对电动汽车的动力源进行确定。对于能源种类不同的电动汽车，需要选择不同的充电数量抽样。蓄电池充电过程中的功率稳定，充电从开始到结束的时间阶段比较短。蓄电池使用的是铅酸电池，根据电动汽车的初始SOC状态的充电功率特性，充电时刻抽样的峰值功率只有6.50 kW；在快速充电的状态下，充电时刻抽样的峰值功率可以达到45.80 kW。结合初始SOC状态，采用提出的充电概率模型，对接各种类型电动汽车的配网充电进行蒙特卡洛模拟[3]。在模拟中采用各个时刻t（00:00≤t≤24:00，Δt=30 min），使用配电网充电负荷概率模拟的时刻平衡系数作为收敛控制条件。

1.3 研究电动汽车充电策略

利用了电动汽车配电网负荷概率模拟方法，根据基本体系架构和智能配电网，提出了一种智能电动汽车的充电策略，如图2所示。

图2 充电策略简图

由图2可知，新型充电体系结构包括5部分，光伏电源、区域控制器、预警输出、风机及动态内存。区域控制器主要是各种电路保护，如负荷控制、分流增压器及储能装置等；光伏电源主要是各种光伏电线、分布式充电设备等；图2中的双线箭头表示能量的流动；预警输出与区域控制器的主要作用是负责对接收到的配电网异常数据进行分析和处理[4]，在电动汽车充电时能够降低负荷冲击，然后信息中心传递指令或数据。

2 仿真实验

为了验证基于配电网负荷概率模拟的电动汽车充电策略的有效性，设计了仿真实验，结果如图3所示。

图3 稳定性对比结果

由图3可知，使用本文设计的方法对电动汽车进行充电，配电网稳定性远远高于传统方法，在安全性方面优势很大，适用于我国现阶段的电动汽车市场[5]。

3 结 论

电动汽车为人们带来了便利，也促进了配电网的升级。大规模的充电决定了电动汽车充电负荷的SOC特性，本文在建立充电概率模型的基础上，对电动汽车的充电负荷概率模拟流程进行了重新设定，最终研究出新型的电动汽车的充电策略。通过仿真实验，分析了电动汽车充电负荷对配电网负荷的稳定性影响。结果表明，本文提出的电动汽车充电策略在电动汽车充电时能够降低负荷冲击，使配电网的稳定性大大高于传统方法，验证了该策略的有效性。