一种基于直流微电网的电动汽车充电优化控制策略

东南大学电气工程学院、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网江苏省电力公司南京供电公司的研究人员徐青山、吴盛军、李群、袁晓冬、朱红，在2016年《电工技术学报》增刊2上撰文，针对可再生能源、电动汽车充电和电网峰谷负荷不协同问题，研究了直流微电网环境下光伏、储能和电动汽车充电的协同优化控制策略。

首先给出了直流微电网的系统结构及其单元功能模型，建立直流微电网条件下的电动汽车优化充电模型，分析比较含多种约束条件的充电经济性。根据不同场景的功率需求，制定含光伏和电动汽车充电需求预测的微电网能量管理优化控制策略。

最后通过实际直流微电网算例分析，验证了该优化控制策略在直流微电网环境中能够实现可再生能源与电动汽车充电装置的协同增效，为解决大规模电动汽车充电负荷和可再生能源消纳问题提供了参考。

发展可再生能源和电动汽车已成为世界各国保障能源安全和节能减排的重要途径。然而光伏和风电等可再生能源具有出力波动性和间歇性特点，使得可再生能源大规模、高渗透接入电网仍存在技术障碍。另一方面，大规模电动汽车集中充电和快速充电具有不确定性和大负荷特点，将给电网的安全运行和优化调度带来困难[1-3]。

还有研究表明以化石能源为主的能源结构，通过电网对电动汽车充电，间接产生的碳排放量不比传统燃油汽车少[4]。这种情况下要实现真正意义上的低碳环保和节能减排目标，一是研究可再生能源并网发电技术，提高电网对可再生能源的消纳能力；二是建立电动汽车充电设施与可再生能源发电的直接关联，通过微电网实现二者的集成利用是最有效的方式之一[5]。

电动汽车与可再生能源在微电网内有机集成，对二者的应用存在促进作用，特别是直流微电网环境下的集成应用，有助于提高整体运行的能源效率、经济性和环境效益。目前，国内外在微电网结合可再生能源与电动汽车方面已取得了一些研究成果。

文献[6]分析了分布式可再生能源发电与电动汽车充放电设施在微电网中的集成模式和典型结构，指出在微电网环境下可以实现二者协同增效的双赢目标。文献[7]针对并网模式下计及电动汽车和光伏-储能的微电网能量管理问题，提出了兼顾光伏出力、电动汽车充放电功率、电网电价时段划分及储能能量状态的能量管理策略。

文献[8]建立了计及电动汽车和可再生能源发电的电力系统随机协同优化调度模型，算例表明优化调度电动汽车可有效平抑可再生能源发电出力波动，同时降低系统网损。文献[9]建立了计及电动汽车和可再生能源不确定因素的多目标分布式电源优化配置模型，为电动汽车和可再生能源发电在配电网的定容选址提供了参考。

文献[10]讨论了电动汽车在含光伏发电居民小区充电问题，通过几种不同的充电策略研究电动汽车充电对配电网的影响，分析结果得出简单的充电协调控制能有效降低充电负荷对电网的影响，并提出了几种降低充电影响的建议。

文献[11]研究了微电网环境下几种电动汽车充电策略提高光伏自消纳率，分别是充电实时控制、V2G和综合最优充电控制策略，结果表明智能充电策略可有效提高光伏消纳率，降低高峰负荷。文献[12]提出了基于虚拟电价理论的电动汽车充放电优化调度模型，实现电动汽车集群负荷的削峰填谷，提高用户与供电侧的共赢程度。文献[13]提出了一种基于分层控制的有序充电控制架构,实现配电网范围内电动汽车和分布式可再生电源的协同有序控制。

上述研究的微电网、可再生能源和电动汽车优化调度、能量管理基本都是交流微电网条件下，交流微电网和直流微电网在运行控制、能量管理、能效分析和经济性计算方面有所不同。

本文针对直流微电网的电动汽车充电优化控制问题进行研究，首先建立含电动汽车、光伏和储能的直流微电网模型，然后提出光伏自消纳率、电动汽车充电对电网影响和经济性三个方面的评价指标，接着建立以充电成本最低为目标的电动汽车优化充电模型，然后提出了不同场景下的电动汽车充电的能量优化控制策略，最后以江苏电科院直流微电网为算例，验证该电动汽车充电优化控制策略的可行性和有效性。

图1 直流微电网结构

图7 电动汽车充电优化控制策略流程

图8  江苏电科院直流微网结构图

结论

针对电动汽车充电增加电网高峰负荷以及可再生能源并网消纳问题，本文提出了一种直流微电网结构光储协调的电动汽车充电优化控制策略。该策略通过预测光伏发电和电动汽车充电需求，制定了3种场景下能量优化管理流程，借助光伏和储能协调实现了电动汽车充电优化控制。

算例分析结果表明所述策略优于常规充电方式，能够提高光伏发电的直接利用率，降低电动汽车充电对电网高峰负荷的影响，并减少电动汽车充电费用。在直流微电网环境该优化策略能够实现可再生能源与电动汽车充电协同增效，对解决大规模分布式电源并网消纳和电动汽车充电对电网负荷影响问题有一定参考意义。