电动汽车充电负荷预测及有序充电控制策略研究_张艳娟.pdf

电动汽车充电负荷预测及有序充电控制策略研究张艳娟(山西电力职业技术学院(国网山西省电力公司技能培训中心),山西 太原0 3 0 0 0 0)摘 要:电动汽车充电负荷控制较复杂,需要构建严格的控制策略,使其能够顺利完成充电过程,提高车辆运行的平稳性。基于此,先从需求建模、负荷预测、负荷计算三个方面对电动汽车充电负荷预测方法进行分析;再从有序充电系统、通信控制方案、控制算法分析等方面对有序充电控制策略进行研究,确保控制过程能够有序开展,保障电动汽车具有良好的负荷状态。关键词:电动汽车;有序充电;负荷预测中图分类号:U 4 6 9 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 0 5R e s e a r c ho nC h a r g i n gL o a dP r e d i c t i o na n dO r d e r l yC h a r g i n gC o n t r o l S t r a t e g yf o rE l e c t r i cV e h i c l e sZ HAN GY a n j u a n(S h a n x iE l e c t r i cP o w e rV o c a t i o n a l a n dT e c h n i c a lC o l l e g e(S t a t eG r i dS h a n x iE l e c t r i cP o w e rC o m p a n yS k i l l sT r a i n i n gC e n t e r),T a i y u a n0 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h ec h a r g e l o a dc o n t r o l o f e l e c t r i cv e h i c l e i sc o m p l e x.S t r i c tc o n t r o l s t r a t e g i e sn e e dt ob ec o n s t r u c t e dt om a k et h ec h a r g i n gp r o c e s sc o m p l e t es m o o t h l ya n di m p r o v et h es t a b i l i t yo fv e h i c l eo p e r a t i o n.B a s e do nt h i s,t h ec h a r g i n gl o a df o r e c a s t i n gm e t h o do f e l e c t r i c v e h i c l e s i s a n a l y z e d f r o mt h r e e a s p e c t s:d e m a n dm o d e l i n g,l o a d f o r e c a s t i n ga n d l o a dc a l c u l a-t i o n.T h e n,t h eo r d e r l yc h a r g i n gc o n t r o l s t r a t e g y i ss t u d i e df r o mt h ea s p e c t so fo r d e r l yc h a r g i n gs y s t e m,c o mm u n i c a t i o nc o n t r o l s c h e m e,a n dc o n t r o l a l g o r i t h ma n a l y s i s t oe n s u r e t h a t t h ec o n t r o l p r o c e s sc a nb ec a r r i e do u t i na no r d e r l ym a n n e ra n de n s u r e t h a t e l e c t r i cv e h i c l e sh a v eag o o d l o a ds t a t e.K e yw o r d s:e l e c t r i cv e h i c l e s;o r d e r l yc h a r g i n g;l o a dp r e d i c t i o n收稿日期:2 0 2 2-0 5-2 9作者简介:张艳娟(1 9 8 8-),硕士研究生,研究方向为电动汽车充电负荷的时空分布、有序充电、充电站选址。0引言电动汽车需要精准地进行负荷预测,对充电需求模型展开分析,保证车辆负荷状态的稳定性。负荷状态分析需要以概率模型为基础,使充电需求模型能够顺利完成构建,使模型状态分析具有足够的可靠性,防止车辆出现紊乱的供电状况。电动汽车负荷采用有序充电控制方式,能够实现充电负荷的全面监测,提高充电状态的稳控效果,使负荷控制能够取得有效进展。1电动汽车充电负荷预测方法分析1.1充电需求建模1.1.1充电时刻概率模型电动汽车充电时刻具有随机性,需要根据余电量及时补充电能,否则会对后续的行程造成影响,甚至导致中途没电的情况发生,因而对充电时刻概率进行分析非常重要。充电时刻分析采用正态分布法,对电动汽车持续行驶里程数进行分析,确定电动汽车需要充电的时刻,保障电动汽车的能源供给效果。为了对充电时刻模型展开研究,需要做好充电时刻的采集工作,向车主了解日常充电的时间,获得车主对充电时刻的反馈信息,对充电时刻进行全面统计。通过对充电时刻进行统计,能够得出充电时间分布状况,并且可以采用分布图方式进行统计,便于对充电时间概率进行直观分析,全面掌控充电时刻。分析充电模型发现,充电时刻主要分布在2 0:0 0至次日6:0 0,选择在车辆的空闲时间进行充电,同时可以保证充电时间的充足,使电动汽车能够处于满电状态1。1.1.2日行里程概率模型日行里程与充电负荷具有密切的关系,通过对日行里程概率模型展开分析,以便了解电动汽车的行程状况,使其能够持续行驶。日行里程分析过程中,需要在充电功率恒定的情况下,降低对里程分析的影响,使分析结果能够符合期望要求。日行里程分析的重点在于数据处理,数据符合对数正态分布的特征。概率分布模型为:Lc 1(t)=1x c 12 e x p-(l nx-uc 1)22c 1式中,x为日行里程;uc 1为对数期望;c 1为标准差。通过上述模型,可以对日行里程数进行分析,提高分41电工技术 新能源系统与设备 析结果的准确性,便于确定日行里程与耗电量间的关系,提高负荷预测结果的准确性,确保日行里程与充电状态的匹配性。同时,耗电量会对充电时刻造成影响,一旦耗电量过大,就需要对车辆频繁充电,以保障车辆能够顺利到达目的地2。1.1.3充电时间模型电动汽车充电需要消耗大量的时间,否则电动汽车将无法处于满电状态,从而影响汽车的正常使用。充电时间需要采用模型分析的方式进行全面掌控,构建充电时刻与充电时间的关系,保障充电时间能够得到合理安排,使电动汽车具有足够的充电时间。充电时间模型为:T=(S O Ca-S O Cs t a r t)Ber Pctb=T+ta式中,S O C为荷点状态;Be为电池容量;r为充电效率;Pc为充电功率;ta为充电起始时刻;tb为充电结束时刻。通过充电时间模型,可确定电动汽车的充电时间,使其能够及时处于满电状态,提高车辆的充电效率;而且可以对满电时刻进行预测,对充电完成时间进行评估,便于对电动汽车的行程进行安排,精准地对充电时间进行选择,保障充电过程能够顺利进行。电动汽车的充电时间较长,一般需要消耗81 2h,需要合理安排充电时间,因而充电模型的分析具有必要性3。1.2充电负荷预测1.2.1聚类分析路况拥堵状况受到路况条件的影响,电动汽车的耗电情况并不是恒定的,需要结合天气、路况等外界条件展开分析,使充电负荷的分析更加精准。交通状况会导致电量消耗存在差异,因此需要确定分析结果是否符合实际情况,以便对充电负荷进行有效预测。路况的主要影响为拥堵,它是影响车辆正常运行的主要原因,应采用聚合分析的方式对路线的拥堵情况进行判断,使车辆能够在电量剩余的情况下完成行程,降低拥堵状况对电动汽车的影响。拥堵状况分析时,需要构建完善的路况分析条件,对充电预测模型的耗电量进行量化,使负荷能够处于有效分布的状态,保证负荷状态得到完整掌控。聚合算法具有良好的聚类效果,可以有效地对数据集进行处理,将拥堵路况划分为多个级别,便于对充电负荷进行求和分析,进而确定整体充电负荷的消耗状况4。1.2.2充电负荷状态计算模型拥堵路况对充电负荷具有较大影响,需要对负荷状态进行全面分析,构建拥堵路况的计算分析模型,以便对充电负荷进行全面预测。受拥堵路况的影响,充电负荷状态分析模型为:C=mi=1Ci式中,C为整体充电负荷;m为路况拥堵级别;Ci为拥堵充电负荷。通过上述模型,可以对充电负荷展开详细分析,一方面,可以明确负荷的整体构成,结合拥堵路况分析负荷状况,使负荷分析过程满足实际条件,保障充电负荷分析结果的可靠性;另一方面,为充电负荷分析过程提供依据,保障负荷分析处于有序状态,便于确定拥堵状态下的负荷特征。另外,通过该模型可以对拥堵状况进行集群分析,把握充电负荷的整体情况,确定拥堵路况对负荷的消耗状况,提高对负荷分析的控制效果,保障电动汽车能够具有稳定的行程5。1.3负荷计算方法1.3.1充电模式分析电动汽车具有多种充电模型,需要对充电模式展开分析,确定不同充电模式下的负荷状况,在多种模式下展开负荷分析。充电模式主要分为慢速充电和快速充电两种。对于前者,在充电过程中具有较小的电流消耗,能够降低充电时的电能消耗,提高对电能的利用率,但需要消耗较长的充电时间;对于后者,一般采用直流充电的方式,能够快速地实现充电过程,电量消耗比前者要高些。慢速充电的时间为8 1 2h,快速充电的时间为25h,两者的时间消耗具有较大的差距,而且快速充电对电池有一定损伤,在电动汽车使用过程中,需要尽可能地避免选择快速充电,进而延长电池的使用寿命。两者的充电功率是不同的,慢速充电为3.2k W,快速充电为4 2k W,功率消耗差距在1 0倍以上,后者采用大量的功率消耗来缩短充电时间。充电负荷计算过程中,需要进行一定的限定,具体控制过程如下。(1)电动汽车到达工作地点后,为了保证电量的充足,往往会对车辆立即充电,保证车辆具有充足的往返电量,此时一般采用慢速充电的方式,具有充裕的充电时间。(2)据相关资料统计,9 0%以上的车主采用慢速充电的方式,以此来降低充电对电池的损伤,使电动汽车逐渐完成负荷的积累,保障电动汽车能够逐渐进入满电状态。(3)电动汽车的充电时间主要集中在夜间,以确保白天车辆能够正常行驶。电动汽车采用锂电池充电技术,充电过程分为涡流预充电、恒压充电、恒流充电三个阶段,能够确保充电过程功率恒定,保障电动汽车充电过程的稳定性。1.3.2蒙特卡洛法蒙特卡洛法是实现负荷预测的关键,需要采用模型化的分析方式,做好分析参数的构建工作,保障负荷分析过程满足精度条件。首先,需要根据充电需求进行建模,提高负荷状态分析的准确性,严格掌握电动汽车负荷预测的要素,使负荷分析具有良好的基础条件。其次,需要构建相应的概率分布模型,便于对负荷分布的特征展开分析,使负荷的变化能够通过函数进行描述,提高负荷分析结果的有效性。再次,需要对负荷分布过程进行随机统计,确保能够客观地掌握负荷分布情况,使负荷预测状态能够进行有效求解,保障负荷分析过程具有足够的理论依据。最后,需要采取仿真实验的方式,对模型求解预测结果进行51新能源系统与设备 电工技术 验证,保证充电负荷预测具有良好的估计量。因此,通过蒙特卡洛法能够对负荷预测的整体效果展开分析,提供负荷预测的精度控制,保障负荷预测过程具有充足的准备。2电动汽车有序充电控制策略分析2.1有序充电系统电动汽车应采用有序充电的方式,提高充电负荷的运用效率,构