電動汽車充放電優(yōu)化及利益鏈協(xié)調(diào)研究.pdf

1、電動汽車由于其具有節(jié)能減排效益成為了未來交通端的重要轉(zhuǎn)型方向。電動汽車的充電行為主要受用戶主導(dǎo)，每一輛電動汽車接入電網(wǎng)都會形成隨機(jī)的用電負(fù)荷，由于我國電源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，隨機(jī)的充電行為會造成交通端降低的碳排放轉(zhuǎn)移到發(fā)電端，從而使電動汽車發(fā)展的節(jié)能減排初衷失去意義。由此，發(fā)展電動汽車需著重研究電動汽車的充電行為。此外，電動汽車充電過程中涉及到多個利益主體，包括發(fā)電端、電網(wǎng)端、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商及電動汽車用戶。為了使用戶優(yōu)化充電行為，必須從利益

2、鏈的角度協(xié)調(diào)各方利益，從而形成外界激勵對用戶的充電行為進(jìn)行引導(dǎo)。基于不同的電動汽車充電模式，本文旨在獲得電動汽車充放電優(yōu)化策略及形成保障有序充放電的利益鏈協(xié)調(diào)機(jī)制。我國正大力推動公共交通端的電氣化進(jìn)程，考慮與私家車的相似性及數(shù)據(jù)源的獲取性，本文主要針對電動出租車的充電行為及充放電優(yōu)化策略展開研究。
　　電動汽車充電行為研究是有序充電優(yōu)化策略的基礎(chǔ)，本文首先對電動汽車充電行為進(jìn)行了細(xì)致剖析。通過實(shí)地調(diào)研，以電動出租車運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，

3、通過高斯混合分布模型對充電起始時間及充電歷時進(jìn)行分布擬合，以貝葉斯信息準(zhǔn)則為依據(jù)篩選最優(yōu)的擬合模型，并通過蒙特卡洛方法校驗(yàn)擬合模型的有效性，從而獲得電動出租車充電一般規(guī)律模型。進(jìn)一步，考慮電動汽車保有量、充電次數(shù)、充電功率、充電能效等因素，構(gòu)建電動汽車充電需求模型，確定實(shí)際充電負(fù)荷。為了剖析電動汽車充電的實(shí)際效益，本文構(gòu)建了電網(wǎng)運(yùn)行效益分析模型及碳減排效益分析模型。采用多個地區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，結(jié)果表明，實(shí)際充電負(fù)荷會給電網(wǎng)運(yùn)行增加壓

4、力，但是相較于燃油車，節(jié)能減排效益顯著。同時，電動汽車實(shí)現(xiàn)的綜合效益具有區(qū)域差異性。
　　充電行為優(yōu)化策略是實(shí)現(xiàn)電動汽車節(jié)能減排效益的前提。圍繞此，分別就直充及換電兩種模式對電動汽車的充電行為進(jìn)行了優(yōu)化。直充模式下，考慮多個利益方視角，分別構(gòu)建充電優(yōu)化模型。其中，電網(wǎng)方優(yōu)先考慮平衡負(fù)荷波動及外在激勵綜合效益值最小;運(yùn)營商在分時電價及分時服務(wù)費(fèi)作用下，優(yōu)先考慮最大化充電服務(wù)收益;用戶在分時充電費(fèi)作用下，優(yōu)先考慮最小化充電成本，從而獲

5、得多個充電負(fù)荷優(yōu)化策略。這些充電負(fù)荷優(yōu)化策略較實(shí)際充電負(fù)荷都實(shí)現(xiàn)了效益的提升，其中以從電網(wǎng)方視角進(jìn)行的優(yōu)化效果最為明顯。為了對比各優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)的節(jié)能減排效果，從發(fā)電方角度以燃煤成本最低為目標(biāo)，構(gòu)建了節(jié)能調(diào)度優(yōu)化模型。結(jié)果表明，相較于實(shí)際充電負(fù)荷，三種優(yōu)化充電策略均使得發(fā)電計劃中增加了清潔能源發(fā)電量，降低了火電發(fā)電量，提高了單位火電煤耗效率及單位系統(tǒng)發(fā)電煤耗效率。換電模式下，以避開負(fù)荷高峰段、避開電動出租車運(yùn)營密集期及避開電動出租車車主休

6、息期為原則，對換電站的充電負(fù)荷進(jìn)行了優(yōu)化，提出了有序換電模式。通過構(gòu)建電網(wǎng)端效益分析模型驗(yàn)證了有序換電模式可提高電網(wǎng)運(yùn)行效益?？紤]風(fēng)電入網(wǎng)、火電機(jī)組運(yùn)行約束、輸電約束、換電站運(yùn)營約束、充放電約束，構(gòu)建了發(fā)電端經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，對不同電動汽車規(guī)模下?lián)Q電站執(zhí)行充放電的節(jié)能減排效益進(jìn)行分析。結(jié)果表明有序換電模式、電動出租車保有量及換電站充放電行為將共同影響發(fā)電端節(jié)能減排效益。
　　利益鏈異質(zhì)主體間能否實(shí)現(xiàn)共贏與電動汽車有序充放電的實(shí)現(xiàn)息息相

7、關(guān)，任意一方經(jīng)濟(jì)性缺失都將阻礙電動汽車充電市場的健康發(fā)展。其中，換電模式經(jīng)濟(jì)性一直是阻礙其大規(guī)模發(fā)展的瓶頸。雖然相較于直充模式，換電模式更適合電動出租車的供能，且其實(shí)現(xiàn)了對電池的統(tǒng)一管理，更易于對充放電活動有序操控，且通過充放電所能實(shí)現(xiàn)的綜合效益更為明顯。但由于運(yùn)營商前期投入大，利益鏈難以實(shí)現(xiàn)平衡。本文基于需求端，挖掘潛在運(yùn)營商及運(yùn)營模式，從運(yùn)營商視角構(gòu)建投資成本分析模型，從用戶視角構(gòu)建充電費(fèi)用分析模型，分別獲得運(yùn)營商開展換電服務(wù)的邊際

8、收益條件及用戶接受換電服務(wù)的邊際成本條件。通過兩者的平衡，研判各運(yùn)營模式的經(jīng)濟(jì)性。此外，對多個影響換電服務(wù)的關(guān)鍵因素進(jìn)行了敏感性分析。
　　利益鏈實(shí)現(xiàn)內(nèi)在協(xié)調(diào)是電動汽車有序充放電的機(jī)制保障。本文圍繞促使電動出租車有序充放電、促進(jìn)利益鏈實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的目標(biāo)展開研究。直充模式下，基于序貫博弈理念，構(gòu)建了各參與方利益優(yōu)化模型，通過電價聯(lián)動實(shí)現(xiàn)了利益鏈協(xié)調(diào)，并求解出協(xié)調(diào)時的相應(yīng)電價值。當(dāng)達(dá)到協(xié)調(diào)狀態(tài)時，充電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)了削峰填谷，且在用電負(fù)荷谷段及