【精彩论文】考虑用户满意度的电动汽车时空双尺度有序充电引导策略

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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蒋怡静，于艾清

上海电力大学电气工程学院

黄敏丽

上海勘测设计研究院有限公司

引文信息

蒋怡静, 于艾清, 黄敏丽. 考虑用户满意度的电动汽车时空双尺度有序充电引导策略[J]. 中国电力, 2020, 53(4): 122-130.

JIANG Yijing, YU Aiqing, HUANG Minli. Coordinated charging guiding strategy for electric vehicles in temporal-spatial dimension considering user satisfaction degree[J]. Electric Power, 2020, 53(4): 122-130.

研究背景

近年来，化石能源、环境污染问题日益严峻，各国政府急需改变能源消费组成结构，将着眼点放在了减小化石能源污染、清洁能源的有效利用上，而电动汽车以其具有的绿色、环保、能效高、低噪声等传统燃油汽车无法比拟的优势，受到了广泛关注。在我国政府和企业的支持下，陆续加速建设电动汽车能源供给设施，并为我国电动汽车的大力推行及大规模的应用不断地打下了基础。未来的社会势必是以环保与低碳经济作为发展目标，而电动汽车作为新能源汽车的代表，其大规模的应用也是发展趋向。

论文所解决的问题及意义

由于用户的出行习惯和特性，电动汽车的充电行为在时间尺度和时间尺度上均具有不确定和随机的特性。在缺乏对电动汽车充电进行引导的情况下，大量的电动汽车以无序的形式接入电网进行充电，电动车在无序充电情况下在时间和空间尺度上对不同的主体造成的影响如图1所示。文章基于车联网平台的可靠分析能力，研究规模化的电动汽车的有序充电引导策略，通过合理制定电动汽车时空双尺度的充电引导策略，引导电动汽车用户充电行为，充分发挥其“移动负荷”的作用，使电力系统安全、稳定运行，能增加电动汽车规模化效益，有效推动电动汽车有序发展。

图1 电动汽车无序充电行为影响

论文重点内容

基于融合桩联网、车联网和智能电网的基础云平台，构建电动汽车充电引导系统信息传输网络，其主要架构如图2。云平台获取电网的负荷与电价信息；桩联网内的充电站的地理位置及充电设备的使用情况；交通网内各道路通行情况；车联网内车辆位置和电池运行状态、用户充电要求等。云平台分析各方上传的数据后，向用户推荐合理充电策略。

图2 电动汽车充电引导架构

根据用户参与系统时间调度意愿将电动汽车分为以用户自主便利性为主的电动汽车群体A及可接受延时充电的群体B，制定适用于不同充电要求群体的电动汽车充电引导策略，其流程图如图3所示。

图3 有序充电引导流程

电动汽车的充电行为完全遵从车主的意愿，为了充分调动用户的参与性，分别建立了用户费用满意度和用户出行满意度函数，如图4所示。用户费用满意度函数同时考虑了调度时段内充电费用及该车实际充电量超过预约充电量所产生的额外费用。用户出行满意度函数考虑了总路程消耗的时间及用户排队等待时间。

图4 用户满意度函数

基于上述思想，建立时空双尺度优化模型。时间层优化模型如图5所示，将负荷曲线峰谷差最小和负荷波动最小都列入目标函数内。同时，将用户充电费用满意度考虑在内，最大程度发挥用户的参与度。

图5 时间层优化模型

以时间层得到在各时间段开始充电的电动汽车数量作为约束条件，建立空间层实时优化模型，进行充电站选择。在充电站角度，希望按充电站充电设备的规模来均匀分配车辆；在用户角度，以用户出行满意度最大为目标函数。因此建立的空间层优化模型如图6所示。

图6 空间层优化模型

在某路网上，应用所提出的充电引导策略对800辆电动汽车充电行为进行仿真，并考虑有40%的电动汽车用户接受充电时间调度。电动汽车无序和有序接入情况下的总负荷曲线如图7所示。观察到在电动汽车在有序接入情况下的负荷曲线峰谷差明显减小且波动较平稳。

图7 优化前后的负荷曲线

电动汽车有序接入充电模式将充电设备闲置的部分充电站进行充分利用，可从图8可以观察到调度后的充电负荷较集中在上午5点至7点，且各时段充电负荷分布较均衡。将车辆引导至低谷时段，避开了负荷高峰时段，因而不会加重电网运行状态。

图8 有序接入下处于充电状态的EV数量图

文章研究了不同场景下的电动汽车有序充电引导控制效果，如表1所示，其中指标1-4分别代表负荷峰谷差、负荷离差平方和、平均费用满意度和平均出行满意度。

表1 4种场景下控制策略指标对比

参与调度的电动汽车负荷越多，负荷峰谷差及负荷波动越小，用户平均充电满意度越大，用户平均出行满意度保持在0.9左右，具有较好的控制效果。由于充电设备和系统容量的限制，当电动汽车总量增加时，更多的电动汽车在平时段和峰时段进行充电，导致负荷波动增加且用户平均充电费用满降低。由于要保证充电站的充电设施利用率平衡，电动汽车数量增加时，用户进行充电站选择的余地变小，用户平均出行满意度减小。

研究结论

以车联网平台为基础，遵循电动汽车用户参与调度的意愿，制定了电动汽车有序充电引导策略，解决了规模化电动汽车的无序充电造成的不利影响，有效实现了电动汽车充电时间及充电地点的最优分配，大幅降低了电动汽车的出行代价并达到了改善配电网及充电站运行情况的效果，为电动汽车有序充电引导提供了一种有效思路。

主要作者介绍

第一作者：蒋怡静，女，硕士，从事电动汽车充电调度方面研究。

E-mail：jiang_yijing@mail.shiep.edu.cn。

第二作者：于艾清，女，博士，副教授，从事生产调度优化、智能优化算法研究。

E-mail：yuaiqing@shiep.edu.cn。

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