【精彩论文】基于实时电价的电动汽车智能充电导航

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吴芮，周良松，姚占东

强电磁工程与新技术国家重点实验室

（华中科技大学电气与电子工程学院）

引文信息

吴芮, 周良松, 姚占东. 基于实时电价的电动汽车智能充电导航[J]. 中国电力, 2020, 53(4): 131-138, 146.

WU Rui, ZHOU Liangsong, YAO Zhandong. Intelligent charging navigation for electric vehicles based on real-time electricity price[J]. Electric Power, 2020, 53(4): 131-138, 146.

研究背景

近年来，各国政府大力推行绿色交通出行，并制定相关政策推动电动汽车（electric vehicle，EV）的发展和普及。电动汽车的大规模普及是发展绿色交通的必然要求，随着未来大量电动汽车并网，其将对电力系统规划与运行带来不可忽视的影响。因此亟需有效合理协调各方面影响因素，兼顾各方利益，减少对电网的影响，制定电动汽车智能充电引导策略。

论文所解决的问题及意义

本文提出一种基于实时电价的EV智能充电导航策略，考虑充电成本对实时电价的影响，以及天气对电动汽车出行影响，引入电价激励措施，有效提高用户充电体验。基于传统粒子群算法，融合遗传算法对导航模型进行优化，引导EV进行有序充电，该算法的学习因子和惯性权重随迭代次数变化，可以兼顾全局寻优和局部搜索能力，融合交叉、变异操作可以增加种群多样性。针对合理引导单台EV进行有序充电，使用户得到合理充电路线规划给出具体的充电引导方案，旨在降低EV用户的出行成本，同时提高配电系统的节点电压质量，具有重要意义。

论文重点内容

基于实时电价的EV智能充电导航系统模型，利用信号接收器、无线通信网络、地理信息系统、全球定位系统接收器等车载设备，将实时路况、充电站状态和用户预约信息进行实时联网，基本系统框架如图1。

图1 充电导航系统框架图

控制中心每个时段（如10min）更新一次实时电价、排队情况等实时信息，并根据当前时段的充电站状态和预约充电信息，进行下一时段的负荷预测。EV需要充电时，导航系统通过通信网络，接收可行驶区域内路网的实时路况和充电站状态信息，根据导航中预设的规则和EV参数得出最优充电方案，并向用户发送充电提醒。用户接到充电提醒，根据导航提供的信息选择合适的充电站充电，并向控制中心发送预约充电信息。控制中心接收预约充电信息，作为下一时段短期负荷预测的依据。当某一路段出现拥堵情况时，根据具体的拥堵类型通过乘以路况决定因子修订路径距离。

目前标准电价是由省级发改委等相关部门制定，短期内较难实现实时电价机制。在实际运营时，可以将浮动电价作为充电服务费。并且考虑增加电价激励策略，鼓励用户前往指定的充电站充电。当用户前往指定充电站充电时，电价将在原有基础上给予一定优惠。前往非指定充电站充电的EV，充电时的电价不变。当天气恶劣时，用户趋于选择就近充电站尽快充电，此时为了激励用户前往指定充电站充电，将电价优惠力度加大。前往指定充电站的充电费用比前往非指定充电站低，可以在一定程度上增大用户响应度。

本文采用粒子群-遗传算法对充电导航模型进行求解，标准粒子群算法易出现早熟现象，而粒子群遗传算法在搜索初期自学习因子C₁较大，社会学习因子C₂较小，粒子可以较快找到个体最优解，避免陷入局部最优。随着迭代次数增加，C₁逐渐减小，C₂逐渐增大，粒子收敛速度加快，群体朝最优位置移动。惯性权重的设计同理，如此可以减小在最优值附近的振荡，提高收敛精度。但随着迭代次数增加，各粒子的相似度变高，易陷入局部最优，所以通过引入遗传算法的交叉和变异操作来更新粒子，保持种群的多样性，有利于跳出局部最优解。 

基于粒子群遗传算法的电动汽车充电导航策略流程如图2所示。

图2 充电导航模型求解流程图

基于传统粒子群算法，融合遗传算法对导航模型进行优化，引导EV进行有序充电，该算法的学习因子和惯性权重随迭代次数变化，可以兼顾全局寻优和局部搜索能力，融合交叉、变异操作可以增加种群多样性。最后以某一真实路网区域为例，对所提出的导航策略进行仿真分析和验证。

研究结论

相比于无序充电，基于实时电价的电动汽车智能充电导航使用充电总成本综合最优策略时，可以兼顾用户侧和用电侧的利益，有效降低用户的充电费用和充电时间，同时较大程度缓解EV并网对配电网的冲击，提高配电网的电压水平。

主要作者介绍

第一作者：吴芮，女，硕士研究生，从事电力系统运行与控制、电动汽车及其智能充放电技术、电力系统安全稳定在线决策与控制系统。

E-mail: [e-mail]。

第二作者：周良松，男，通信作者，博士，副教授，从事电力系统运行与控制、电动汽车及其智能充放电技术、电力系统安全稳定在线决策与控制系统、新型综合稳定控制装置研究。

E-mail: [e-mail]。

第三作者：姚占东，男，硕士，高级工程师，从事电力系统运行与控制、电力系统安全稳定在线决策与控制系统、新型综合稳定控制装置研究。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：蒋东方

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