中國(guó)科學(xué)院電力電子與電氣驅(qū)動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、北京電動(dòng)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)網(wǎng)北京市電力公司的研究人員楊冰、王麗芳等，在2015年第14期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種基于分層控制的有序充電控制架構(gòu)，能夠與傳統(tǒng)電網(wǎng)控制架構(gòu)融合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)范圍內(nèi)電動(dòng)汽車和分布式可再生電源的協(xié)同有序控制。
協(xié)同控制系統(tǒng)分為兩層：配電網(wǎng)控制系統(tǒng)和站級(jí)控制系統(tǒng)。配電網(wǎng)控制系統(tǒng)以配電變壓器處負(fù)荷方差最小為目標(biāo)，以電動(dòng)汽車總充電能量需求，充電功率為約束進(jìn)行有序調(diào)度，并把調(diào)度計(jì)劃上傳給電網(wǎng)調(diào)度中心，以安排發(fā)電機(jī)出力；站級(jí)系統(tǒng)以實(shí)際充電曲線與調(diào)度指令誤差最小為目標(biāo)，以單臺(tái)電動(dòng)汽車和換電電池的充電電量需求為約束，進(jìn)行實(shí)時(shí)有序充電控制。以北京市某地區(qū)實(shí)際數(shù)據(jù)為例，驗(yàn)證了協(xié)同控制系統(tǒng)的合理性和準(zhǔn)確性。
近年來，隨著人們對(duì)環(huán)境問題的重視，電動(dòng)汽車的發(fā)展利用受到各國(guó)政府和消費(fèi)者的青睞[1]，其最主要的原因在于電動(dòng)汽車的節(jié)能性和低排放等優(yōu)點(diǎn)。如果將可再生能源與電動(dòng)汽車聯(lián)合使用，能夠進(jìn)一步降低碳排放[2]；然而自然情況下可再生能源具有不可控性和不確定性[3]，電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)會(huì)增大電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，增大網(wǎng)絡(luò)損耗等[1,4,5]，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此有必要研究電動(dòng)汽車與可再生能源協(xié)調(diào)控制問題。
目前關(guān)于電動(dòng)汽車與可再生能源協(xié)調(diào)控制的研究主要有以下幾個(gè)方面：1)區(qū)域電動(dòng)汽車與可再生能源的協(xié)同調(diào)度[2,6]；2)含有電動(dòng)汽車和可再生能源的經(jīng)濟(jì)調(diào)度[3]；3)基于微電網(wǎng)或分布式配電網(wǎng)的電動(dòng)汽車與可再生能源協(xié)調(diào)控制[7-11]。
文獻(xiàn)[2]以電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷方差最小為目標(biāo)，建立了區(qū)域電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電和電動(dòng)汽車的協(xié)同調(diào)度模型；文獻(xiàn)[6]中分析了電動(dòng)汽車與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度對(duì)碳排放量的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[3]分別建立風(fēng)力發(fā)電出力和電動(dòng)汽車充電需求的隨機(jī)模型，以運(yùn)行成本最小為目標(biāo)建立電動(dòng)汽車與風(fēng)力發(fā)電協(xié)調(diào)控制的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。
文獻(xiàn)[10]針對(duì)電動(dòng)汽車與可再生能源集成問題進(jìn)行建模，提出了集成系統(tǒng)中電動(dòng)汽車與分布式電源的協(xié)同控制方法。然而這些研究中卻存在很多的不足，區(qū)域協(xié)同調(diào)度方法中僅僅從區(qū)域電網(wǎng)的角度分析了電動(dòng)汽車與可再生能源協(xié)同控制的可行性，而沒有研究如何將風(fēng)電合理的分配到各配電網(wǎng)中；以微電網(wǎng)和分布式配電網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行控制的方法僅僅考慮了某一配電變壓器下或微電網(wǎng)內(nèi)的有序控制方法。
另外，目前電動(dòng)汽車有序充電方法僅考慮了電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響[12-15]，如減少配電網(wǎng)的網(wǎng)損、負(fù)荷指標(biāo)、電壓指標(biāo)等，而很少考慮電力系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的調(diào)度，因此有序充電控制模型很難與現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)集成。文獻(xiàn)[16]中提出了電網(wǎng)側(cè)對(duì)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)度的概念，但是僅實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電站的有序充電方法，而沒有給出電網(wǎng)側(cè)的調(diào)度計(jì)算方法。
電動(dòng)汽車和分布式電源是未來智能配電網(wǎng)中必不可少的負(fù)荷和電源，如何對(duì)這些元件進(jìn)行合理的調(diào)度是一個(gè)至關(guān)重要的研究課題。鑒于上述研究中的不足及研究思路，本文提出一種分層有序充電控制架構(gòu)，在配電網(wǎng)建立兩層控制系統(tǒng)：配電系統(tǒng)控制系統(tǒng)和站級(jí)控制系統(tǒng)，給出了相應(yīng)的控制模型，能夠在與傳統(tǒng)電網(wǎng)控制架構(gòu)融合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)范圍內(nèi)電動(dòng)汽車與分布式可再生電源的協(xié)同有序控制。
圖1 電動(dòng)汽車與分布式電源協(xié)同控制架構(gòu)
結(jié)語(yǔ)
本文提出了一種基于配電網(wǎng)的電動(dòng)汽車和分布式電源分層有序控制模型，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車和分布式電源的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)與電力系統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)融合。通過仿真模擬得出以下結(jié)論：
(1)配電系統(tǒng)級(jí)控制系統(tǒng)采用以綜合負(fù)荷方差最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型及自適應(yīng)粒子群算法，能夠合理的安排控制范圍內(nèi)電動(dòng)汽車充電計(jì)劃，使得配電網(wǎng)公共連接母線處的負(fù)荷波動(dòng)最小。
(2)站級(jí)調(diào)度系統(tǒng)能夠根據(jù)調(diào)度指令，在滿足充電需求的前提下，合理安排電動(dòng)汽車及換電電池的有序充電。
(3)由于電動(dòng)汽車充電能量預(yù)測(cè)誤差和站級(jí)控制系統(tǒng)控制誤差的存在，分層有序充電控制系統(tǒng)會(huì)有一定的誤差，但是并不大。然而，在研究中沒有考慮具體的配電網(wǎng)結(jié)線形式，因此沒有考慮配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓約束等問題，可作為進(jìn)一步研究的內(nèi)容。
