引言

電動(dòng)汽車充電站不僅為電動(dòng)汽車的規(guī)?；茝V提供了能源保障,還能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的靈活性。充電站的主要功能在于通過(guò)輸出大小不同的有功功率為各類電動(dòng)汽車充電,因而對(duì)于電力系統(tǒng)而言,充電站實(shí)際上可視為恒功率負(fù)荷。本文根據(jù)三類典型的電動(dòng)汽車充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分布規(guī)律,借助中國(guó)電力科學(xué)研究院的電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP）中提供的用戶自定義模型模塊(UD）分別對(duì)此三類充電站的日負(fù)荷曲線進(jìn)行建模,以表征典型充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型,從而為電力系統(tǒng)分析相關(guān)計(jì)算提供參考。

1電動(dòng)汽車充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

1.1充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷建模的影響因素

電動(dòng)汽車充電站的負(fù)荷建模需要考慮的因素繁多,涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制和管理的方方面面,主要因素包括:電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池特性、電動(dòng)汽車的運(yùn)行規(guī)律、電動(dòng)汽車的電能補(bǔ)給方式、電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)模、充電站的類型及建設(shè)布局和規(guī)模等[1]。其中,電動(dòng)汽車的運(yùn)行規(guī)律與充電站的建設(shè)布局作為不同類型的充電站的負(fù)荷分布規(guī)律研究依據(jù):電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池特性及發(fā)展規(guī)模、充電站的規(guī)模則作為不同類型充電站的負(fù)荷大小研究依據(jù)。一般而言,充電站的負(fù)荷特性具有周期性,且周期為一天,通過(guò)研究日負(fù)荷曲線的分布規(guī)律來(lái)表征充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分布規(guī)律,根據(jù)不同類型的充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷分布規(guī)律,將充電站分為電池更換站、居民區(qū)充電站和公共場(chǎng)所充電站三類。

1.2電池更換站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

由于電池更換站主要應(yīng)用于公共乘用車,這類車輛的運(yùn)行規(guī)律穩(wěn)定,一般白天運(yùn)行、晚上休息,故車用電池組的充電策略為:在電網(wǎng)負(fù)荷較輕時(shí),即半夜到凌晨時(shí)間段進(jìn)行集體充電:而在電網(wǎng)負(fù)荷較重時(shí),即白天上班時(shí)間段和晚上用電高峰時(shí)間段暫不充電?？紤]到電池更換站充電過(guò)程可視為恒功率負(fù)荷,因此可以得出表征電池更換站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷

曲線表達(dá)式,如式(1）所示:

式中,Ph為電池更換站的負(fù)荷功率:P為充電時(shí)負(fù)荷功率:71、72分別為電池集體充電的起始時(shí)間和終止時(shí)間。

1.3居民區(qū)充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

電動(dòng)汽車常規(guī)充電時(shí)長(zhǎng)為3～5h,在居民區(qū)內(nèi)配備專用充電停車位,允許車輛長(zhǎng)時(shí)間停放充電,故居民區(qū)充電站主要采用常規(guī)充電方式。根據(jù)居民區(qū)的作息規(guī)律和常規(guī)充電方式

的特點(diǎn),可以假定居民區(qū)充電站的電動(dòng)汽車充電的時(shí)間為午休時(shí)間段和晚上休息時(shí)間段?？紤]到居民區(qū)充電站采用常規(guī)充電方式,充電過(guò)程可視為恒功率負(fù)荷,因此可以得出表征居民

區(qū)充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷曲線表達(dá)式,如式(2）所示:

式中,P1為居民區(qū)充電站的負(fù)荷功率:P為充電時(shí)負(fù)荷功率:71、72分別為第一次充電的起始時(shí)間和終止時(shí)間:73、74分別為第二次充電的起始時(shí)間和終止時(shí)間。

1.4公共場(chǎng)所充電站的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

電動(dòng)汽車進(jìn)行一次快速充電時(shí)長(zhǎng)為0.5～1h,在商業(yè)區(qū)、商場(chǎng)等人車流量大的公共場(chǎng)所,由于受場(chǎng)地條件的限制,電動(dòng)汽車不能長(zhǎng)時(shí)間停放充電,故公共場(chǎng)所充電站主要采用快速充電方式。電動(dòng)汽車進(jìn)行快速充電具有時(shí)間隨機(jī)性大的特點(diǎn),文獻(xiàn)[2]針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了電動(dòng)汽車充電整體規(guī)律應(yīng)服從正態(tài)分布,考慮到公共場(chǎng)所充電站采用快速充電方式,充電過(guò)程可視為恒功率負(fù)荷,因而采用將日負(fù)荷曲線分成時(shí)長(zhǎng)不等、充電功率不同的11段恒功率負(fù)荷曲線的方式來(lái)反映。因此可以得出表征公共場(chǎng)所充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷曲線表達(dá)式,如式(3）所示,其日負(fù)荷曲線如圖1所示。

式中,Pg為公共場(chǎng)所充電站的負(fù)荷功率:P1～P6為由大到小排列的充電時(shí)負(fù)荷功率:71a～71b,72a～71a,71b～72b,73a～72a,72b～73b,74a～73a,73b～74b,75a～74a,74b～75b,76a～75a,75b～76b為由長(zhǎng)到短排列的充電時(shí)間段長(zhǎng)度。

2PSASP中的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

PSASP設(shè)計(jì)了用戶自定義建模方法,即用戶自定義模型模塊(UD）,利用UD根據(jù)三類充電站的日負(fù)荷曲線分別建立動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型后,可以根據(jù)需要將模型接入PSASP中的電力系統(tǒng)以進(jìn)行潮流、暫穩(wěn)等計(jì)算,潮流模塊(LF）與用戶自定義模型模塊(UD）的交互過(guò)程如圖2所示。圖2中,PL0為接入充電站模型節(jié)點(diǎn)原來(lái)所帶的有功負(fù)荷:PL為節(jié)點(diǎn)接入充電站模型后所帶的有功負(fù)荷。

2.1電池更換站的UD模型

電池更換站的UD模型根據(jù)表征電池更換站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷曲線,先設(shè)定電池更換站充電過(guò)程中接入配電網(wǎng)的時(shí)間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的原有功功率基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的充電有功功率,其UD模型如圖3所示。

2.2居民區(qū)充電站的UD模型

居民區(qū)充電站的UD模型根據(jù)表征居民區(qū)充電站動(dòng)態(tài)負(fù)

荷模型的日負(fù)荷曲線,先設(shè)定居民區(qū)充電站的兩個(gè)接入配電

網(wǎng)的時(shí)間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)中增加相應(yīng)的充電有

功功率,其UD模型如圖4所示。

2.3公共場(chǎng)所充電站

公共場(chǎng)所充電站的UD模型根據(jù)表征公共場(chǎng)所充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷曲線,先設(shè)定公共場(chǎng)所充電站接入配電網(wǎng)的11個(gè)時(shí)間段,再在相應(yīng)的配網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)中增加相應(yīng)的充電有功功率,其UD模型與圖4類似,但增加了接入的充電時(shí)間段段數(shù),以表征其日負(fù)荷曲線滿足正態(tài)分布的規(guī)律,此處不再贅述。

3結(jié)語(yǔ)

本文基于PSASP中的用戶自定義模型模塊(UD）,根據(jù)表征電池更換站、居民區(qū)充電站、公共場(chǎng)所充電站動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的日負(fù)荷曲線,分別建立了三類電動(dòng)汽車充電站的模型,可為電力系統(tǒng)進(jìn)行潮流、暫穩(wěn)等計(jì)算提供參考。