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考慮用戶滿意度的電動(dòng)汽車時(shí)空雙尺度有序充電引導(dǎo)策略

作者:中國儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來源:中國電力 發(fā)布時(shí)間:2020-06-07 瀏覽:

蔣怡靜,于艾清

上海電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院

黃敏麗

上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

引文信息

蔣怡靜, 于艾清, 黃敏麗. 考慮用戶滿意度的電動(dòng)汽車時(shí)空雙尺度有序充電引導(dǎo)策略[J]. 中國電力, 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

近年來,化石能源、環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻,各國政府急需改變能源消費(fèi)組成結(jié)構(gòu),將著眼點(diǎn)放在了減小化石能源污染、清潔能源的有效利用上,而電動(dòng)汽車以其具有的綠色、環(huán)保、能效高、低噪聲等傳統(tǒng)燃油汽車無法比擬的優(yōu)勢(shì),受到了廣泛關(guān)注。在我國政府和企業(yè)的支持下,陸續(xù)加速建設(shè)電動(dòng)汽車能源供給設(shè)施,并為我國電動(dòng)汽車的大力推行及大規(guī)模的應(yīng)用不斷地打下了基礎(chǔ)。未來的社會(huì)勢(shì)必是以環(huán)保與低碳經(jīng)濟(jì)作為發(fā)展目標(biāo),而電動(dòng)汽車作為新能源汽車的代表,其大規(guī)模的應(yīng)用也是發(fā)展趨向。

論文所解決的問題及意義

由于用戶的出行習(xí)慣和特性,電動(dòng)汽車的充電行為在時(shí)間尺度和時(shí)間尺度上均具有不確定和隨機(jī)的特性。在缺乏對(duì)電動(dòng)汽車充電進(jìn)行引導(dǎo)的情況下,大量的電動(dòng)汽車以無序的形式接入電網(wǎng)進(jìn)行充電,電動(dòng)車在無序充電情況下在時(shí)間和空間尺度上對(duì)不同的主體造成的影響如圖1所示。文章基于車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的可靠分析能力,研究規(guī)?;碾妱?dòng)汽車的有序充電引導(dǎo)策略,通過合理制定電動(dòng)汽車時(shí)空雙尺度的充電引導(dǎo)策略,引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶充電行為,充分發(fā)揮其“移動(dòng)負(fù)荷”的作用,使電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行,能增加電動(dòng)汽車規(guī)模化效益,有效推動(dòng)電動(dòng)汽車有序發(fā)展。

圖1  電動(dòng)汽車無序充電行為影響

論文重點(diǎn)內(nèi)容

基于融合樁聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)云平臺(tái),構(gòu)建電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò),其主要架構(gòu)如圖2。云平臺(tái)獲取電網(wǎng)的負(fù)荷與電價(jià)信息;樁聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的充電站的地理位置及充電設(shè)備的使用情況;交通網(wǎng)內(nèi)各道路通行情況;車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)車輛位置和電池運(yùn)行狀態(tài)、用戶充電要求等。云平臺(tái)分析各方上傳的數(shù)據(jù)后,向用戶推薦合理充電策略。

圖2  電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)架構(gòu)

根據(jù)用戶參與系統(tǒng)時(shí)間調(diào)度意愿將電動(dòng)汽車分為以用戶自主便利性為主的電動(dòng)汽車群體A及可接受延時(shí)充電的群體B,制定適用于不同充電要求群體的電動(dòng)汽車充電引導(dǎo)策略,其流程圖如圖3所示。

圖3  有序充電引導(dǎo)流程

電動(dòng)汽車的充電行為完全遵從車主的意愿,為了充分調(diào)動(dòng)用戶的參與性,分別建立了用戶費(fèi)用滿意度和用戶出行滿意度函數(shù),如圖4所示。用戶費(fèi)用滿意度函數(shù)同時(shí)考慮了調(diào)度時(shí)段內(nèi)充電費(fèi)用及該車實(shí)際充電量超過預(yù)約充電量所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。用戶出行滿意度函數(shù)考慮了總路程消耗的時(shí)間及用戶排隊(duì)等待時(shí)間。

圖4  用戶滿意度函數(shù)

基于上述思想,建立時(shí)空雙尺度優(yōu)化模型。時(shí)間層優(yōu)化模型如圖5所示,將負(fù)荷曲線峰谷差最小和負(fù)荷波動(dòng)最小都列入目標(biāo)函數(shù)內(nèi)。同時(shí),將用戶充電費(fèi)用滿意度考慮在內(nèi),最大程度發(fā)揮用戶的參與度。

圖5  時(shí)間層優(yōu)化模型

以時(shí)間層得到在各時(shí)間段開始充電的電動(dòng)汽車數(shù)量作為約束條件,建立空間層實(shí)時(shí)優(yōu)化模型,進(jìn)行充電站選擇。在充電站角度,希望按充電站充電設(shè)備的規(guī)模來均勻分配車輛;在用戶角度,以用戶出行滿意度最大為目標(biāo)函數(shù)。因此建立的空間層優(yōu)化模型如圖6所示。

圖6  空間層優(yōu)化模型

在某路網(wǎng)上,應(yīng)用所提出的充電引導(dǎo)策略對(duì)800輛電動(dòng)汽車充電行為進(jìn)行仿真,并考慮有40%的電動(dòng)汽車用戶接受充電時(shí)間調(diào)度。電動(dòng)汽車無序和有序接入情況下的總負(fù)荷曲線如圖7所示。觀察到在電動(dòng)汽車在有序接入情況下的負(fù)荷曲線峰谷差明顯減小且波動(dòng)較平穩(wěn)。

圖7  優(yōu)化前后的負(fù)荷曲線

電動(dòng)汽車有序接入充電模式將充電設(shè)備閑置的部分充電站進(jìn)行充分利用,可從圖8可以觀察到調(diào)度后的充電負(fù)荷較集中在上午5點(diǎn)至7點(diǎn),且各時(shí)段充電負(fù)荷分布較均衡。將車輛引導(dǎo)至低谷時(shí)段,避開了負(fù)荷高峰時(shí)段,因而不會(huì)加重電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

圖8  有序接入下處于充電狀態(tài)的EV數(shù)量圖

文章研究了不同場(chǎng)景下的電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)控制效果,如表1所示,其中指標(biāo)1-4分別代表負(fù)荷峰谷差、負(fù)荷離差平方和、平均費(fèi)用滿意度和平均出行滿意度。

表1  4種場(chǎng)景下控制策略指標(biāo)對(duì)比

參與調(diào)度的電動(dòng)汽車負(fù)荷越多,負(fù)荷峰谷差及負(fù)荷波動(dòng)越小,用戶平均充電滿意度越大,用戶平均出行滿意度保持在0.9左右,具有較好的控制效果。由于充電設(shè)備和系統(tǒng)容量的限制,當(dāng)電動(dòng)汽車總量增加時(shí),更多的電動(dòng)汽車在平時(shí)段和峰時(shí)段進(jìn)行充電,導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)增加且用戶平均充電費(fèi)用滿降低。由于要保證充電站的充電設(shè)施利用率平衡,電動(dòng)汽車數(shù)量增加時(shí),用戶進(jìn)行充電站選擇的余地變小,用戶平均出行滿意度減小。

研究結(jié)論

以車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為基礎(chǔ),遵循電動(dòng)汽車用戶參與調(diào)度的意愿,制定了電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)策略,解決了規(guī)?;妱?dòng)汽車的無序充電造成的不利影響,有效實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電時(shí)間及充電地點(diǎn)的最優(yōu)分配,大幅降低了電動(dòng)汽車的出行代價(jià)并達(dá)到了改善配電網(wǎng)及充電站運(yùn)行情況的效果,為電動(dòng)汽車有序充電引導(dǎo)提供了一種有效思路。

主要作者介紹

第一作者:蔣怡靜,女,碩士,從事電動(dòng)汽車充電調(diào)度方面研究。

E-mail:[email protected]。

第二作者:于艾清,女,博士,副教授,從事生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化、智能優(yōu)化算法研究。

E-mail:[email protected]。

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