基于不同充電模式的電動汽車配電網(wǎng)可靠性評估

0電動汽車充電與電網(wǎng)近年來，電動汽車（ev）作為一種新能源汽車，受到了人們的高度贊揚，因為它低碳環(huán)保、易使用成本、噪音低、國家補貼等優(yōu)點。在電網(wǎng)方面，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)積極響應(yīng)國家政策，加大投資，大力建設(shè)充電樁，計劃近幾年將充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋到主要城市的郊區(qū)縣以上文獻從不同角度分析了電動汽車充電對電網(wǎng)的影響。但在實際充電過程中，這些方法很大程度上依賴于電動汽車車主是否愿意采納電動汽車V2G充電策略1電動汽車充電模型1.1電動汽車建模要建立電動汽車的充電模型，首先要了解電動汽車的類型、電池特性、用車習(xí)慣等。電動汽車的類型也決定著電動汽車的相關(guān)參數(shù)、出行習(xí)慣等因素。目前，根據(jù)電動汽車用途的差別，電動汽車可分為電動公交車、電動私家車、電動出租車等。由于電動私家車數(shù)量較多，最具有代表性，因此文中以電動私家車為例，結(jié)合其相關(guān)參數(shù)、出行規(guī)律等因素，對電動汽車進行建模。假設(shè)其相關(guān)參數(shù)如下:1)電池總?cè)萘繛?7kW·h，續(xù)航能力316km;2)電動汽車充電功率為8.1kW;3)電動汽車充電恒功率，直至充滿;4)電池充電時初始狀態(tài)(stateofcharge,SOC)。1.2車載最后行程折返概率分布通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在一天當(dāng)中，有14%的電動私家車不被使用私家車輛最后行程返回時刻概率分布如圖1所示。私家電動汽車的日行駛里程具有一定的不確定性，且服從對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)如式(2)所示，式中均值μ私家車輛日行駛里程概率分布如圖2所示。1.3充電時長的t化電動汽車的充電時長可用式(3)計算:式中:T式中:d假設(shè)電動汽車的日行駛里程與充電功率相互獨立，聯(lián)立(3)、(4)可得電動汽車的充電時長T化簡得:結(jié)合電動私家車的相關(guān)參數(shù)，得出電動私家車充電時長為2電動汽車v2g充電模式2.1晚高峰點：18.24假設(shè)私家電動汽車出行時間的早高峰點為07:30，晚高峰點為18:00。結(jié)合車輛的出行情況，將一天中的負(fù)荷分為峰、谷兩個時段，即峰時段07:30—22:00，谷時段22:00—07:30。2.2電動汽車充放電特性電動汽車以慢充的方式接入到各個居民負(fù)荷點進行充電，其接入方式如圖3所示，充放電機組成示意圖如圖4所示。針對某一地區(qū)私家電動汽車充放電進行建模。假設(shè)該地區(qū)電動汽車有N輛，電動汽車放電時以恒功率放電，放電功率為P根據(jù)電動汽車電池容量和放電功率，可得電動汽車最大放電時長為式中:D在對V2G技術(shù)進行仿真時，假設(shè)電動汽車車主完全掌握了電價信息，用戶會首選在谷時段開始后電價較低時進行充電，在峰時段電價較高時向配電網(wǎng)放電。根據(jù)充放電需求，電動汽車接入配電網(wǎng)的時間為當(dāng)日下班到家后至次日上班前的時間段。充放電時段區(qū)域如圖5所示。電動汽車車主參與V2G向配電網(wǎng)放電時只考慮用電高峰時段，即用戶下班到家時刻18:00到谷時段起始時刻22:00之前。若電動汽車用戶下班到家后電動汽車的電池容量D2.3電動汽車放電模型計算機讀取電動汽車到家后的電池狀態(tài)、電池放電極限、電池的充放電功率，計算出電動汽車的放電時長T分析電動汽車車主的用車需求信息(電動汽車參與V2G進行充放電的時段為18:00—07:30)，假設(shè)85%的電動汽車參與V2G，用計算機對每輛返回的電動汽車隨機抽取100個介于[1,100]之間的數(shù)字，若T分析電動汽車的充電時長和放電時長，根據(jù)時段劃分，晚用電高峰時段即電動汽車放電時段為18:00—22:00，晚用電谷時段，即電動汽車進行充電時段為22:00—07:30。若電動汽車在22:00之前能夠完成最大放電，則電動汽車轉(zhuǎn)為空閑狀態(tài)，到22:00之后開始充電;若電動汽車在22:00之前不能完成最大放電，則電動汽車在用電峰時段持續(xù)放電，直到22:00用電谷時段時，電動汽車直接轉(zhuǎn)為充電模式。以1h為1個時段，將1天分為24個時段，模擬出居民區(qū)電動汽車參與V2G技術(shù)下的日負(fù)荷曲線流程圖如圖6所示。3供電網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估3.1電動汽車接入電網(wǎng)影響大量電動汽車接入電網(wǎng)進行無序充電，勢必會引起一部分單位線路過載。特別是在用電高峰時段，短時間內(nèi)電網(wǎng)同時接入大規(guī)模的電動汽車進行充電。如果不加以有效控制，將會導(dǎo)致線路上電流過大，導(dǎo)線發(fā)熱、線路絕緣燒毀、甚至燒斷線的可能。這大大影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。3.2電氣元件狀態(tài)的提取在中壓配電網(wǎng)可靠性評估當(dāng)中，電網(wǎng)的可靠性評估指標(biāo)可以分為負(fù)荷點可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。結(jié)合元件的生命周期，采用次蒙特卡羅仿真對電氣元件狀態(tài)進行抽取。假設(shè)該電氣元件運行T時間后，元件將不可修復(fù)，將采用新的元件替換。圖7是蒙特卡羅仿真流程圖。4不同充放電策略下日負(fù)荷曲線分析以IEEE-RBTSBus6測試系統(tǒng)為主系統(tǒng)在主饋線上加入電動汽車負(fù)載進行分析，電動汽車隨機接入各負(fù)荷點，結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。額定電壓15kV，線路、變壓器和開關(guān)的可靠性數(shù)據(jù)見表1。電動汽車的充放電考慮V2G峰-谷電價的定制策略，計算出電動汽車充電和放電的電價合理范圍。采用公共充電設(shè)施執(zhí)行的峰-谷分時充電電價假設(shè)該小區(qū)接入電動汽車為500輛，通過蒙特卡羅模擬出該小區(qū)電動汽車在不同充放電策略下的日負(fù)荷曲線如圖9～10所示。通過圖9日負(fù)荷曲線可以看出，電動汽車的充電時間正是用電高峰期，該時刻負(fù)荷達(dá)到全天最高值，此時可能引起過載問題。從圖10中可以看出，在谷時段開始時，會有充電峰值，這是因為居民在此時刻參與了V2G，有效將電動汽車負(fù)荷從用電高峰時段轉(zhuǎn)移到用電谷時段，達(dá)到了削峰填谷的目的。分別對不同充電情況下配電網(wǎng)絡(luò)高峰時段進行潮流計算，分析主線各段的負(fù)載情況，計算結(jié)果如表3所示。從計算結(jié)果來看，在不接入電動汽車時，各段線路均未出現(xiàn)過載現(xiàn)象(線路電流值小于載流量)，當(dāng)500輛電動汽車無序接入該小區(qū)后，部分線路出現(xiàn)過載情況(線路電流值大于載流量)。制定分時電價，引導(dǎo)車主在用電低谷時進行充電，分析此時的配電網(wǎng)絡(luò)，對用電高峰時期進行潮流計算，計算結(jié)果來看，在一定的范圍內(nèi)，無序充電所引起的線路過載問題，可通過有序充電進行有效的控制。5兩種線路模式下兩種樣本通過對比算例驗證對電動汽車接入配電網(wǎng)后引起的線路過載問題進行研究。分析了電動汽車在用電高峰期進行充電線路負(fù)載情況，并對比了有序充電時的線路負(fù)載情況