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1城市常規(guī)用戶用電行為習(xí)慣分析
我國各省由于白晝時(shí)間的差異,制約著人們的生活作息時(shí)間,東北、西北、華北和華中、華東地區(qū)的時(shí)差約為1h左右。本文選擇華中武漢充電網(wǎng)日負(fù)荷曲線進(jìn)行特性分析,供電部門將每日劃分為8:30~11:30(高峰時(shí)段)、19:00~22:00(高峰時(shí)段)、23:00~7:00(低谷時(shí)段)、其余時(shí)間(平時(shí)段)。在高峰時(shí)段,電網(wǎng)內(nèi)涌入大量的負(fù)荷,造成用電擁擠,在這時(shí)段增加小量級(jí)的負(fù)荷不會(huì)有太大壓力,但出現(xiàn)大型負(fù)荷波動(dòng),則會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行;在低谷時(shí)段,大部分設(shè)備及人們處于休息狀態(tài),負(fù)荷抖降下來,這時(shí)的負(fù)荷是大量冗余,缺少利用。
2電動(dòng)汽車充電行為習(xí)慣分析
目前,電動(dòng)汽車充電樁的部署及利用率并不是太高,這與電動(dòng)汽車購買率及充電樁安裝問題有一定關(guān)系。政府綜合考慮用戶實(shí)際需求,出臺(tái)了小區(qū)內(nèi)充電樁一樁一戶及優(yōu)惠電價(jià)充電等多項(xiàng)政策,促進(jìn)了用戶購買使用電動(dòng)汽車的熱情,加上環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升,電動(dòng)車將逐步完全替代油車。一旦電動(dòng)車完全替代油車的局面出現(xiàn),將會(huì)帶來大量的電網(wǎng)負(fù)荷需求,如果電動(dòng)車充電負(fù)荷的時(shí)間恰好與城市常規(guī)用電行為曲線相近,將會(huì)出現(xiàn)在某時(shí)段城市電力負(fù)荷不足的現(xiàn)象,電網(wǎng)需選擇全網(wǎng)范圍內(nèi)擴(kuò)容變壓器設(shè)備或者新建變電站來迎合電力負(fù)荷需求。如果深度分析電動(dòng)車充電行為習(xí)慣,研究其與城市用電習(xí)慣的重合度及補(bǔ)漏性,形成一套削峰填谷的用電優(yōu)化方案,就可以最大限度地提升電網(wǎng)資源利用率。本文綜合考慮充電樁的分布位置及充電功率大小將充電樁分為4大類:集中式快充模式、集中式慢充模式、分布式慢充和辦公區(qū)慢充。選取一定面積區(qū)域的充電設(shè)施使用情況調(diào)研數(shù)據(jù),分布式慢充和集中式慢充主要集中在晚上0:00~7:00之間發(fā)生充電行為,這段時(shí)間內(nèi)分布式慢充的充電樁使用250臺(tái),集中式慢充30臺(tái),總的使用功率為1035kW;集中式快充主要給公交車和出租車充電,辦公區(qū)慢充主要針對(duì)私家車及班車充電,這兩類主要充電行為集中發(fā)生在9:00~16:00之間,辦公區(qū)慢充為50臺(tái),集中式快充為5臺(tái),總功率550kW。根據(jù)分時(shí)段用電情況可見,大功率使用主要集中在晚上,但是白天也還是會(huì)存在一定的負(fù)荷損耗。如何有效地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車集中負(fù)荷與城市用電峰值的避錯(cuò),需通過推動(dòng)政策和手段改變電動(dòng)汽車充電的習(xí)慣,將轉(zhuǎn)移一部分充電負(fù)荷,在一定程度上改善成熟負(fù)荷波形曲線。在滿足多方需求和利益的前提下,盡量選擇零點(diǎn)之后進(jìn)行電動(dòng)車能量補(bǔ)給,避開傍晚的高峰用電時(shí)段。
3充電樁合理運(yùn)行負(fù)荷模型建立
電動(dòng)汽車應(yīng)用過程具有隨機(jī)性、分散性、規(guī)?;奶攸c(diǎn),需對(duì)分散式充電柱的充電過程科學(xué)化、合理化管理,如按需隨意性地對(duì)充電樁進(jìn)行調(diào)度,將會(huì)增加電網(wǎng)負(fù)荷突發(fā)性不可控的問題。因此需要選擇一種中間服務(wù)者,為充電樁集群提供調(diào)峰、調(diào)頻、能源池調(diào)用等輔助性功能服務(wù),將4類充電樁看做一個(gè)整體,中間服務(wù)者通過綜合考慮用車行為和城市用戶用電行為,融合一定的需求側(cè)用電算法,在合適的時(shí)刻調(diào)用相應(yīng)的調(diào)用規(guī)則,實(shí)現(xiàn)充電樁和城市配網(wǎng)負(fù)荷的優(yōu)化配置,構(gòu)建分層分區(qū)優(yōu)化策略。中間服務(wù)者在配網(wǎng)中起到承上啟下的作用,包含中間管理者的充電樁系統(tǒng)雙層通信架構(gòu)模式。雙層架構(gòu)模式將實(shí)現(xiàn)用戶、中間服務(wù)者和電力公司各自利益的最大化,電力系統(tǒng)無需為邊緣負(fù)荷的小型波動(dòng)而增加新的電源系統(tǒng),從而節(jié)約了建設(shè)成本,中間服務(wù)者可通過電力差價(jià)盈利,最終達(dá)到多方共贏的效果,而且還改善了整體電網(wǎng)的性能。調(diào)度系統(tǒng)將權(quán)責(zé)下放給中間服務(wù)者,中間服務(wù)者需考慮電動(dòng)汽車的部署特性,充電量大和隨機(jī)性強(qiáng),需要解決電網(wǎng)的集中調(diào)度決策和電動(dòng)汽車分散性的問題。因此系統(tǒng)將電動(dòng)汽車區(qū)域分層化,形成不同的資源池,很好地規(guī)避了充電樁時(shí)空不確定的問題,將結(jié)合分布式優(yōu)化控制和集中優(yōu)化控制的特點(diǎn),形成一套動(dòng)態(tài)能源規(guī)劃的控制流程,從而實(shí)現(xiàn)充電樁的有序充電和智能控制。通過中間服務(wù)者預(yù)測的電動(dòng)汽車充電需求,結(jié)合調(diào)度中心短期負(fù)荷預(yù)測,接入目前充電汽車充電信息,調(diào)用充電汽車控制優(yōu)化約束條件,依據(jù)電動(dòng)汽車充電功率值、電池剩余電量、充電電流等限制,判斷是否允許接入,如不滿足條件,則返回做進(jìn)一步調(diào)整,直到滿足收斂條件才允許并網(wǎng)接入。
4充電樁優(yōu)化控制對(duì)供電特性決策的影響
4.1錯(cuò)開用電負(fù)荷峰值
通過實(shí)施電價(jià)和負(fù)荷波動(dòng)最小優(yōu)化的控制策略調(diào)整,可明顯避開白天的用電高峰時(shí)間點(diǎn)10:30和19:00左右出現(xiàn)的峰值。通過浮動(dòng)的電價(jià)優(yōu)惠政策避開這兩個(gè)峰值,將電動(dòng)汽車的使用峰值轉(zhuǎn)移到附近的區(qū)段,避免了突破電網(wǎng)負(fù)荷最高點(diǎn)。在電網(wǎng)負(fù)荷高滲透率下,電動(dòng)汽車的并網(wǎng)接入使得最小日負(fù)荷率有所提高,如果不采取錯(cuò)峰控制,將會(huì)峰值溢出。通過電動(dòng)汽車系統(tǒng)整體調(diào)控手段,將電動(dòng)車最大集中使用時(shí)間錯(cuò)開峰值,使城市電網(wǎng)用電負(fù)荷在可控范圍內(nèi),智能充電優(yōu)化效果更加明顯。
4.2電網(wǎng)設(shè)施利用率提升
電動(dòng)汽車充電樁接入電網(wǎng)后,將充分利用電網(wǎng)資源,不會(huì)造成電力負(fù)荷在低谷時(shí)期的資源浪費(fèi),利用電價(jià)優(yōu)惠措施,避開電網(wǎng)高峰用電時(shí)期,不超過電網(wǎng)峰值負(fù)荷水平線,就不用重新布局規(guī)劃新的電網(wǎng)設(shè)備來做負(fù)荷的補(bǔ)給。如果通過上線大量的核心設(shè)備作為備份,對(duì)于電動(dòng)汽車的運(yùn)行沖擊只會(huì)產(chǎn)生短暫的負(fù)荷需求,之后會(huì)造成設(shè)備的閑置,因此應(yīng)盡量采用合理的調(diào)控手段來使得負(fù)荷利用最大化。
4.3高準(zhǔn)確度以降低諧波污染
充電樁的接入會(huì)產(chǎn)生諧波污染,從而產(chǎn)生諧波功率影響到計(jì)量誤差。根據(jù)《國家電網(wǎng)電動(dòng)汽車充電站典型設(shè)計(jì)》中建議的交流側(cè)0.5S級(jí)準(zhǔn)確度,如果脈沖電壓產(chǎn)生的諧波過大,則會(huì)不符合電網(wǎng)供電要求,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生跳閘、斷電等危害性影響。
4.4整體改善電力市場運(yùn)營體系
通過采取對(duì)電動(dòng)汽車并網(wǎng)的整體優(yōu)化控制手段后,將采用智能化的充電方式,選擇合適的時(shí)段進(jìn)行充電,恰當(dāng)?shù)貙㈦娋W(wǎng)冗余負(fù)荷進(jìn)行消納,形成可免容量的成本效益。營配調(diào)一體化工作深入開展后,可利用綜合平臺(tái)將所轄范圍內(nèi)的充電電源統(tǒng)一管理,形成可隨時(shí)調(diào)配的能源池,當(dāng)配電網(wǎng)遇到邊緣化負(fù)荷需求短時(shí)沖擊時(shí),可利用空閑的充電電源進(jìn)行集中供電補(bǔ)給,將節(jié)約配網(wǎng)架構(gòu)邊緣化擴(kuò)充建設(shè)成本。隨著電動(dòng)汽車的全覆蓋發(fā)展,表現(xiàn)出的無序性和隨機(jī)性將被逐步馴化,形成可調(diào)可控的有序行為,給電網(wǎng)帶來長期的經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)計(jì)2030年,有序充電產(chǎn)生的長期經(jīng)濟(jì)效益約4000億元,短期內(nèi),可以有效地避免短期成本,節(jié)約峰值備用容量,增加供電效益。
5結(jié)語
電動(dòng)汽車的引進(jìn)并不是簡單的將汽車動(dòng)力從燃油轉(zhuǎn)向?yàn)殡娏?,而是使得電?dòng)汽車與可再生能源、電網(wǎng)產(chǎn)生良性的互動(dòng)。但電動(dòng)汽車具有的隨機(jī)性和規(guī)模性將會(huì)給電網(wǎng)產(chǎn)生一定的沖擊和影響,為使電動(dòng)汽車完全融入電網(wǎng)系統(tǒng)中,需調(diào)和雙方的運(yùn)行方式,綜合考慮多方面因素,形成良性的互動(dòng)操控,指導(dǎo)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃,使兩者之間能夠保持可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
作者:吳志剛 單位:國網(wǎng)山西省電力公司