换电模式下电动汽车电池充电负荷建模与有序充电研究(3)

考虑到私家车换电时间较为集中，需要增加备用电池数量以满足用户换电需求。假设私家车备用电池数量与换电需求之比为0.8???1。每天配送2次，第1次配送时间为当盘点时刻电池数量下降至补货点s时，第2次配送需求发送的时间为每天清算时间06:00。配送站配送需求发送时间为19:4更多内容请访问久久建筑网
5、06:00，回收电池返回电池充电站的时间为21:4更多内容请访问久久建筑网
5、08:00。第1次配送电池数量较多，充电负荷峰荷大于第2次配送时的负荷。有序充电较无序充电负荷产生了推移，白天高电价时段充电负荷移至平时段，夜间充电负荷移至谷时段。在第1阶段优化的基础上，第2阶段优化在白天及夜间均平滑了负荷曲线，并降低了峰荷。

的总充电负荷曲线如图5所示。无序充电情景换电

充电负荷/GW

50403020100

06:00

12:00

18:00 06:0024:00 时间

无序充电

第2阶段优化

第1阶段优化

图5 换电模式充电负荷曲线

Fig. 5 Charging load curves of battery swapping mode

模式充电负荷有一个夜间高峰，与充电模式相比，充电负荷高峰推迟。这是因为配送模式下，电池起始充电时间为配送站配送需求发出时间与电池配送回收时间之和。配送需求发出时间为电池库存容量下降至指定点后，电池配送回收时间为往返电池充电站及配送站所需时间。无序充电情景单块电池起始充电时间滞后于充电模式。基于峰谷电价机制，有序充电将尽可能在电价较低的时段充电，以

减小充电费用。与无序充电相比，第1阶段优化电池在夜间谷电时段集中充电可能导致充电峰荷上升；第2阶段优化在满足充电费用最小的约束下，平滑了负荷曲线，并有效地减小了充电负荷夜间高峰。

本文电网基本负荷采用典型居民日负荷曲线，如图6所示。根据国家发改委能源研究所的相关研究[31]，中国2020年最大负荷可达1?270?GW。

1?000次优化计算充电成本的计算结果期望值如表2所示。仿真结果表明，有序充电能够有效地减少充电费用。第2阶段优化在第1阶段优化的基础上减小了日负荷曲线波动。电池夜间充电时间较长，且均为谷时段，第2阶段优化能够有效地降低夜间充电负荷曲线峰荷。由于电池白天充电时长以及平时段时长的约束，第2阶段优化不一定能减小白天充电负荷峰荷。

表2 充电负荷优化结果

Tab. 2 Results of coordinated charging of electric vehicles

车辆类型充电方式负荷峰值/GW充电费用/万元费用减少比例/%公交车

无序充电有序充电无序充电有序充电

2.75 2.20 4.38 4.38

?889.43 ?776.04 2?509.80 1?442.40 12?356.90 7?661.70

12.7

负荷/pu

1.00.90.80.70.60.5

06:00

12:00

18:00 06:0024:00 时间

图6 典型居民日负荷曲线

42.5

出租车

Fig. 6 Typical daily residential load curve

私家车及无序充电 39.40 公务车有序充电 39.40

叠加电网基本负荷后的总负荷曲线如图7所

38.0

示，由图7可知：充电模式无序充电情景充电负荷峰荷与电网基本负荷峰荷时间基本一致，总负荷曲线峰荷增加较多[21]；换电模式下充电负荷峰荷后移，总负荷的峰荷较充电模式增加较小。充电模式

4 换电模式与充电模式比较

将不同类型电动汽车充电负荷进行累加，得到

8 中国电机工程学报第32卷

充电负荷/GW

1?300

无序充电

第1阶段优化 1?100

参考文献

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第2阶段

优化

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900

70006:00

12:00 18:00 24:00

时间

06:00

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图7 换电模式下叠加基本负荷后总负荷曲线 Fig. 7 Total load curve considering grid base load with

battery swapping mode

和换电模式总负荷峰荷分别为1?302.7、1?270.9?GW。对有序充电情景，由于电网基本负荷峰谷差较大，谷电时段电网有足够的能力接纳充电负荷，总负荷峰荷并未增加。

5 结论

本文对电动汽车换电模式下的充电负荷及有序充电优化建立了模型。为了达到总充电费用最小及日负荷曲线波动最小的双重目标，提出了2阶段优化模型：第1阶段优化目标为总充电费用最小；第2阶段优化以日负荷波动最小为目标，以第1阶段优化求取的最小充电费用为约束。对于配送模式，本文采用周期性盘点(s, S)库存管理策略。以中国2020年充电负荷为例进行计算，并与充电模式计算结果进行比较。

结果表明，换电模式相比于充电模式，由于充电时间的推后，无序充电情景下充电负荷对电网峰荷的影响较小。有序充电可有效减少充电费用，并减少总负荷曲线峰荷。第1阶段优化电池在谷电时段集中充电，充电负荷有明显的夜间高峰。第2阶段优化可有效地减小负荷波动，并降低夜间充电负荷峰荷。随着电动汽车的大规模应用，有序充电的效益将进一步凸显。由于未来电动汽车发展的不确定性，本文的计算结果基于一定的参数假设，但所提出的换电模式下充电负荷的计算、优化方法及其计算结果，对中国电动汽车能源供给模式的选取和市场机制的形成具有一定的参考价值。

本文对不同类型的电动汽车考虑了不同的换电方式。对私家车、出租车等类型车辆，未来推广时，集中充电和就地充换电2种模式可能并存。以包括投资和运营成本的综合成本最小为目标，研究不同换电模式的比例是进一步工作的方向。

第31期罗卓伟等：换电模式下电动汽车电池充电负荷建模与有序充电研究 9

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