CN109861277A - 一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统，基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率，实现了储能全寿命周期的光伏储能一体化充电站的财务净年值最大化。

Description

一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电站光伏和储能容量配置计算领域，具体涉及一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统。

背景技术

随着电动汽车在世界范围内的广泛发展，充电站的规划与建设已得到政府和电力公司的重点关注。而电动汽车的快速发展，特别是公交、环卫等专业电动车辆的发展，对电动汽车充电站的需求也逐步增长，使得“充光储”一体化充电站受到越来越多的关注。光伏发电的波动性和随机性使其不能与电动汽车充电需求相匹配，而电动汽车充电的随机性也增加了电网的负担，不利于碳排放和能源问题的解决。将光伏发电技术与电动汽车充电需求同时考虑，建立光伏充电站可以有效的提高清洁能源的利用效率，降低对传统化石能源的依赖，进而改善我国一次能源结构和减能减排的效率。

目前对于光储充电站中储能配置方法的研究较多。现有技术根据储能装置和光伏系统共同运行的经济性，对建立的经济调度模型进行求解。在前述研究的基础上，研究人员研究了光伏发电和储能系统与电动汽车充电站集成的互补效益，通过计算分析得出，在投资成本一定的前提下，这种方式相比于传统的抽水蓄能具有较好的经济性。在满足充电需求和电网安全可靠运行的情况下，研究人员根据电网实际运行情况对充电站充放电策略进行研究。一些文献针对光伏电站或储能充电站的容量配置进行了研究，根据分时电价机制，建立了电动汽车充电站有序充电优化模型，相比于无序充电，充电站有序充电可以在满足电动汽车充电需求的前提下减小从电网购电的费用。但是光伏利用率差，造成资源浪费，特别是充电站通常建于负荷中心，现状电网可接入间隔和容量受限的情况更为严重。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种充电站光伏和储能容量的配置方法，包括：

基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

优选的，所述基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率，包括：

将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。

优选的，基于所述每日实时充电功率，以及充电功率的峰谷，将一天划分为不同的时段，并设定相应的电价；

基于所述不同的时段的实时发电功率和实时充电功率制定各个时段对应的储能系统运行策略；

将储能容量、储能功率和光伏容量数值带入到所述储能系统运行策略，得到储能系统实时存储的功率；

基于所述储能系统实时存储的功率以及获取的充电站运行约束条件、充电站年售电的总收入、充电站光伏系统年上网电量的收入、充电站光伏系统每年的补贴收入、充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本、充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本、从电网购电的年购电电费和其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本计算充电站净年值。

优选的，所述储能系统运行策略，包括：

当所述时段为谷段和第一平段时，所述储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的功率，并基于谷段电价将储系统功率充满；

当所述时段为为第一峰段或第二峰段时，所述储系统对用电负荷和光伏功率之间的差值进行补充；

当所述时段为第二平段时，所述储能系统吸收所述第二平段未被消耗的功率，并基于所述第二平段电价和第二峰段用电负荷和光伏功率之间的差值对所述储能系统进行功率补充；

当所述时段为第三平段时，将所述储能剩余功率用于其他负荷，使所述储能系统的电荷状态处于最小值；

其中，所述时段包括：

优选的，所述当所述储能系统处于谷段和第一平段时，所述储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的功率的函数式如下：

式中，P_B1为储能系统吸收谷段和第一平段未被消耗的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为当前储能荷电状态；SOC_max为储能荷电状态最大值。

优选的，所述基于谷段电价将储系统功率充满的函数式如下：

式中，P_B2为储能系统吸收谷段和第一平段未被消耗的功率后需要补充的功率；E_B为储能系统装机容量；E₁为储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的能量。

优选的，所述当所述储能系统处于第一峰段或第二峰段时，所述储系统对用电负荷和光伏功率之间的差值进行补充的函数式如下：

式中，P_B3为所述储能系统处于第一峰段或第二峰段所需补充的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为实时储能荷电状态；SOC_max为储能荷电状态最大值；SOC_min为储能荷电状态最小值。

优选的，所述当所述储能系统处于第二平段时，所述储能系统吸收所述第二平段未被消耗的功率的函数式如下：

式中，P_B4为储能系统吸收的第二平段未被消耗的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为实时储能荷电状态；E₂为第二峰段储能系统需要放出的能量；E_B为储能系统装机容量。

优选的，所述基于所述第二平段电价和第二峰段用电负荷和光伏功率之间的差值对所述储能系统进行功率补充的函数式如下：

式中，P_B5为储能系统吸收的第二平段未被消耗的功率后所需补充的功率；E₃为储能系统吸收第二平段未被消耗的能量。

优选的，所述充电站净年值的计算式如下：

F＝I_C+I_PV+I_A-O_PV-O_B-O_E-O_C

式中，F为充电站净年值；I_C为充电站年售电的总收入；I_PV为充电站光伏系统年上网电量的收入；I_A为充电站光伏系统每年的补贴收入；O_PV为充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本；O_B为充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本；O_E为从电网购电的年购电电费；O_C为其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本。

优选的，所述充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本O_PV的计算式如下：

式中，O_PV为C₁为光伏系统初始投资单价；W_PV为光伏系统装机功率；i为贴现率；n₁为光伏系统使用年限；K₁为光伏系统的年运行维护系数。

优选的，所述充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本O_B的计算式如下：

式中，C₂为储能系统初始容量投资单价；C₃为储能系统初始功率投资单价； E_B为储能系统装机容量；W_B为储能系统装机功率；n₁为光伏系统使用年限；n₂为储能系统使用年限；K₂为储能系统的年运行维护系数。

一种充电站光伏和储能容量的配置系统，所述系统包括：

第一确定模块：用于基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

数值模块：用于基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

组合模块：用于对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

第二确定模块，用于基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

优选的，所述第二确定模块，包括：带入单元和确定单元；

所述带入单元，用于将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

所述确定单元，用于基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统，基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率，考虑用电负荷特性，光伏利用效率等主要衡量标准，以实现储能电池全寿命周期的光伏储能一体化充电站的财务净年值最大化，在充电站配置合理的储能系统，可以有效降低充电站的尖峰负荷，从而降低充电站对电网容量的依赖程度。

2、一种充电站光伏和储能容量的配置方法及系统，储能系统吸收电价低谷时段的电网电能和光伏系统多余的上网电量，在电价高峰时段放出，用于电动汽车充电，利用电费峰谷价差赢利，节约用电成本，当充电站的需求容量超过电网可提供容量时，可以通过配置储能系统降低充电站对电网容量的需求，当充电站配置储能系统后，在发生计划性或临时停电时，储能系统可以充当应急电源使用，保证充电站的正常运行，提高充电站的供电可靠性。

附图说明

图1为本发明的充电站光伏和储能容量的配置方法结构示意图；

图2为本发明的典型日充电站电动汽车充电负荷曲线图；

图3为本发明的系统处理曲线图；

图4为本发明的储能系统功率分配流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

人们生活水平的提高也促进了电力系统负荷的发展，由于居民集中用电时段相对固定，消费者对电力的需求日益增加，加大了系统负荷在一天之内的峰谷差。电价在电力市场中起到了引导电力生产和消费的作用，合适的峰谷时段划分能较好的实施分时电价，从而达到削峰填谷，提高电能社会效益的目的。

基于分时电价和用电负荷特性，考虑充电站的购电费用、光伏利用效率及电网峰谷差等主要衡量标准，以考虑储能电池全寿命周期的光伏储能一体化充电站的财务净年值为目标，提出了基于分时电价的光伏储能一体化充电站储能系统运行策略及充电站光伏和储能系统的容量优化配置方法，并对其经济性进行分析，如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

步骤二：基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

步骤三：对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

步骤四：基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

人们生活水平的提高也促进了电力系统负荷的发展，由于居民集中用电时段相对固定，消费者对电力的需求日益增加，加大了系统负荷在一天之内的峰谷差。电价在电力市场中起到了引导电力生产和消费的作用，合适的峰谷时段划分能较好的实施分时电价，从而达到削峰填谷，提高电能社会效益的目的。

光伏系统方面，光伏发电系统可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，可以有效缓解社会的环境和能源压力，受到广大投资者的青睐，具有广阔的发展前景。同时，由于大型充电站通常位于户外，具有较大的占地面积，并且往往建有雨棚等设施，具有足够的光伏电池安装条件。因此，利用电动汽车充电站的地面资源与光伏发电系统相结合，建设自发自用余电上网的光伏雨棚发电系统，具有良好的经济效益与社会效益。其主要优势主要有以下两点：

(1)节能的同时带来收益。建设光伏雨棚可以改变传统雨棚的单一作用，充分利用充电站雨棚的闲置面积，不仅能够给车辆遮阳避雨，同时还可以通过发电带来收益，节约充电站的用电成本，实现良好的经济效益。

(2)体现城市生态环保的理念。建设光伏雨棚，积极响应国家节能减排的号召，减少碳排放，从而打造低碳环保的现代化城市，具有良好的社会效益和环境效益。

储能系统方面，随着电动汽车充电基础网络的规模化建设，对既有配电网扩容的需求十分迫切。特别是充电站通常建于负荷中心，现状电网可接入间隔和容量受限的情况更为严重。在充电站配置合理的储能系统，可以有效降低充电站的尖峰负荷，从而降低充电站对电网容量的依赖程度。另外，通过配置储能系统，还可以改善充电站的电网侧负荷特性，获得良好的经济效益。其主要优势体现在以下三点：

(1)储能系统吸收电价低谷时段的电网电能和光伏系统多余的上网电量，在电价高峰时段放出，用于电动汽车充电，利用电费峰谷价差赢利，节约用电成本。

(2)当充电站的需求容量超过电网可提供容量时，可以通过配置储能系统降低充电站对电网容量的需求。

(3)当充电站配置储能系统后，在发生计划性或临时停电时，储能系统可以充当应急电源使用，保证充电站的正常运行，提高充电站的供电可靠性。

因此，将光伏和储能系统与充电站结合，建设“充光储”一体化的能源站具有重要的实用价值，应用前景十分广阔。另外，随着光伏和储能产业的发展，光伏和储能系统的建设成本将会进一步的降低。同时，动力电池梯次利用技术的逐渐成熟，也为节约储能系统的建设成本提供了一个良好的发展方向。

步骤一：基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

获取光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率；

根据可增加光伏面积获得可增加光伏安装功率范围；

基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围。

步骤二：基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

设置每个范围的间隔步长；

将储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围根据设置的步长分别进行取值；

分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

步骤三：对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

步骤四：基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。

充电站有序充电优化模型，包括：

基于所述每日实时充电功率，以及充电功率的峰谷，将一天划分为不同的时段，并设定相应的电价；

基于所述不同的时段的实时发电功率和实时充电功率制定各个时段对应的储能系统运行策略；

将储能容量、储能功率和光伏容量数值带入到所述储能系统运行策略，得到储能系统实时存储的功率；

基于所述储能系统实时存储的功率以及获取的充电站运行约束条件、充电站年售电的总收入、充电站光伏系统年上网电量的收入、充电站光伏系统每年的补贴收入、充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本、充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本、从电网购电的年购电电费和其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本计算充电站净年值。

基于充电站的系统结构，本文以充电站整体财务净年值最大为目标，建立充电站光伏和储能系统的容量配置模型为

F＝I_C+I_PV+I_A-O_PV-O_B-O_E-O_C

式中：F表示充电站净年值；

I_C表示充电站年售电的总收入；

I_PV表示充电站光伏系统年上网电量的收入；

I_A表示充电站光伏系统每年的补贴收入；

O_PV表示充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本；

O_B表示充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本；

O_E表示从电网购电的年购电电费；

O_C表示其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本。

(1)电动汽车充电站年售电收入I_C为1年(365天)内每天售电收入之和，即

式中：C_C表示充电站每度电售电单价，其中包含了从电网购电的费用和充电站服务费，通常为定值；

P_L表示充电站的电动汽车实时充电负荷，为时间t的函数，定义有功功率流向电动汽车的方向为正方向。

(2)充电站光伏系统年上网电量的收入I_PV为1年(365天)内充电站少量无法自用的光伏发电量，直接馈入交流电网获取收益，其公式为

式中：C_PV表示光伏发电的上网电价；

P_PVg表示充电站光伏系统一日的实时上网发电功率，为时间t的函数，定义有功功率流向电网的方向为正方向。

(3)目前国家对光伏系统的补贴为度电补贴，及按照光伏系统所发电量进行补贴。因此，充电站光伏系统每年的补贴收入I_A为

式中：C_A表示光伏发电的政府补贴电价；

P_PV表示充电站光伏系统一日的实时发电功率，为时间t的函数，定义有功功率从光伏系统流出的方向为正方向。

(4)充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本O_PV包含初始投资成本等年值O_PV1和年运行维护成本O_PV2两部分，即

O_PV＝O_PV1+O_PV2

O_PV2＝k₁C₁W_PV

式中：C₁表示光伏系统初始投资单价；

W_PV表示光伏系统装机功率；

i表示贴现率；

n₁表示光伏系统使用年限；

k₁表示光伏系统的年运行维护系数。

(5)充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本OB包含初始投资成本等年值O_B1和年运行维护成本O_B2两部分，即

O_B＝O_B1+O_B2

O_B2＝k₂(C₂E_B+C₃W_B)

式中：C₂表示储能系统初始容量投资单价；

C₃表示储能系统初始功率投资单价；

E_B表示储能系统装机容量；

W_B表示储能系统装机功率；

n₂表示储能系统使用年限；

k₂表示储能系统的年运行维护系数。

(6)从电网购电的年购电电费OE为

式中：Cg表示电网分时电价，为时间t的函数；

Pg表示充电站从电网吸收的实时有功功率，为时间t的函数，定义有功功率从电网侧流向充电站的方向为正方向。

(7)其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本O_C为常规充电站的年等效投资成本O_C1减去由于配置了储能系统而减少的容量电费成本O_C2，即

O_C＝O_C1-O_C2

O_C2＝C₄W_C

式中：C₄表示配电网年单位容量电费；

W_C表示因配置了储能系统而减少的配电容量；

常规充电站的年均建设成本O_C1仅与充电站的最大充电功率有关，由于本文重点研究配置光伏和储能后充电站经济性的变化，可以认为充电站电动汽车的负荷曲线不变，因此O_C1为定值。

(二)光伏储能一体化充电站运行约束条件

光伏储能一体化充电站的运行约束条件如下。

(1)功率平衡约束：

P_g(t)+P_PV(t)＝P_B(t)+P_L(t)

式中：P_B表示储能系统实时吸收的有功功率，为时间t的函数，定义有功功率流向储能系统的方向为正方向。

(2)光伏系统实时上网发电功率约束：

(3)储能电荷状态约束：

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max

式中：SOCmin表示储能系统荷电状态(SOC)的下限；

SOCmax表示储能系统荷电状态(SOC)的上限；

SOC表示储能系统的实时荷电状态,为时间t的函数。

由于储能系统以日为周期循环运行，因此，应保证SOC(0)＝SOC(24)＝SOC_min，其计算公式为

(4)光伏出力约束：

P_PV(t)＝W_PVP_PV0(t)

式中：P_PV0表示单位功率光伏系统的典型日出力曲线，该曲线与光伏系统安装地的地理位置、气候环境、电池板倾斜角度等外部参数有关，对于一套安装好的光伏系统为一条固定的曲线，与P_PV的正方向一致。

(5)配电网容量电费减少量约束：

W_C＝maxP_L(t)-max|P_g(t)|

(6)上网电价约束：

一般电网电价分为峰段、平段、谷段3个时段，其电价分别为C_H，C_P，C_L。充电站分时电价如下表所示，其中t₁～t₆分别为充电站分时电价的起止时刻。

表1充电站电价分时管理表

时段	时间	电价(元/kWh)
			谷	t<sub>6</sub>～t<sub>1</sub>	C<sub>L</sub>
平	t<sub>1</sub>～t<sub>2</sub>	C<sub>P</sub>
			峰	t<sub>2</sub>～t<sub>3</sub>	C<sub>H</sub>
平	t<sub>3</sub>～t<sub>4</sub>	C<sub>P</sub>
			峰	t<sub>4</sub>～t<sub>5</sub>	C<sub>H</sub>
平	t<sub>5</sub>～t<sub>6</sub>	C<sub>P</sub>

因此，可以得到上网电价的约束条件为

(7)储能系统充放电速度约束：

W_B≤E_BS_max

式中：Smax表示储能系统的最大充放电倍率，该值与储能电池的材质有关，如目前常用的磷酸铁锂电池一般取值为0.5C～2C。

(8)决策变量约束：

W_PV≤W_PVmax

E_B≤E_Bmax

式中：W_PVmax表示光伏系统装机功率上限，受充电站场地条件限制；

E_Bmax表示储能系统装机容量上限，受充电站场地条件限制。

实施例2：

以某常规快速充电站为例，该充电站共有60kW快速充电桩10台，总充电功率600kW，工程总投资150万元。按照年管理、财务、运营维护以及容量电费等费用占总投资的10％，充电站运行年限为20年、折现率6％计算，则该充电站的年等效投资成本OC1为28.08万元。该充电站的充电及服务费为1.1元/kWh，光伏系统运行寿命为20年，磷酸铁锂储能电池寿命为10年，置换次数为1，如表2所示。

表2大工业电价分时管理表

该充电站典型日的充电负荷曲线如图2所示。由于此类充电站对于电动汽车用户没有执行峰谷电价差，因此电动汽车的充电负荷特性由用户自身用车规律决定。

以充电站整体财务净年值最大为目标，基于本文建立的充电站光伏和储能系统的容量配置优化模型并求解。其中，计算需用到的相关参数如表3所示。

表3光伏储能容量配置计算相关参数

经计算，在上述条件下，光伏系统配置容量为300kW，储能系统配置容量为 170kW/610kWh时，充电站项目的净年值最大。全站财务净年值为115.73万元，初始总投资315.2万元，充电站财务净现值为1327.36万元，内部收益率为47％，静态投资回收期为2.12年。系统出力曲线如图3所示。

常规充电站财务净年值为12.02万元，初始总投资为150万元，充电站财务净现值为137.88万元，内部收益率为19％，静态投资回收期为5.98年。可以看到，通过配置光伏和储能系统，充电站的收益能力和投资回收期能够得到明显提升，具体比较如表4。

表4充电站经济性比较

本文针对光伏储能一体化充电站中光伏和储能系统容量配置问题，在分时电价条件下提出了储能系统的控制策略，以充电站全寿命周期内财务净年值最大为目标，构建了光伏、储能系统容量优化配置模型。模型中考虑了电动汽车充电负荷特性、光伏系统出力特性、储能系统充放电速度、系统容量电费、分时用电电价等相关约束条件。分析结果显示，对于本身需要建设雨棚的充电站采用光伏雨棚可以大幅降低光伏系统的造价。另外，通过光伏和储能系统的合理配置，充电站的收益能力和投资回收期均能够得到明显提升，具有良好的经济效益。

电动汽车充电站属于大工业用电，按照目前大工业用电的电价，其任意时段的用电电价均高于光伏系统的发电电价，因此，光伏系统的发电电量应优先直接用于电动汽车充电，多余电量存于储能系统中，在电价高峰时段用于电动汽车充电。如果由于电价高峰时段的电动汽车充电需求量较少或蓄电池已经充满，而无法全部消纳光伏系统多余的发电电量，则剩余的电量应直接馈入电网，赚取上网电价。

同时，为了充分利用储能系统的充放电次数，第一个电价高峰时段电动汽车充电所需的其余电量由储能系统在电价低谷时段的储能提供；第二个电价高峰时段电动汽车充电所需的其余电量由储能系统在第二个电价平段的储能提供。由此得到储能系统的运行策略。

当所述储能系统处于谷段和第一平段时，所述储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的功率，并基于谷段电价将储系统功率充满；

当所述储能系统处于第一峰段或第二峰段时，所述储系统对用电负荷和光伏功率之间的差值进行补充；

当所述储能系统处于第二平段时，所述储能系统吸收所述第二平段未被消耗的功率，并基于所述第二平段电价和第二峰段用电负荷和光伏功率之间的差值对所述储能系统进行功率补充；

当所述储能系统处于第三平段时，将所述储能剩余功率用于其他负荷，使所述储能系统的电荷状态处于最小值；

其中，所述时段包括：谷段(23点到7点)、第一平段(7点到10点)、第一峰段(10点到15点)、第二平段(15点到18点)、第二峰段(18点到21点) 和第三平段(21点到23点)。

如图4所示，当0＜t≤t₁时，储能系统充分利用低谷电价时段将储能系统充满，同时保留部分余量用于吸收0～t₁时间段内光伏系统无法被电动汽车充电负荷直接消纳的电量，采用控制运行策略1。当t₁＜t≤t₂时，储能系统用于吸收此时间段内光伏系统无法被电动汽车充电负荷直接消纳的电量，采用控制运行策略2。当t₂＜t≤t₃时，在电价高峰时段，储能系统尽量放出电量用于满足电动汽车充电负荷与光伏系统出力的差值，采用控制运行策略3。当t₃＜t≤t₄时，储能系统在第二个电价平段补充部分能量，用于第二个电价高峰时段电动汽车充电，采用控制运行策略4。当t₄＜t≤t₅时，储能系统在电价高峰时段尽量放出电量用于满足电动汽车充电负荷与光伏系统出力的差值，采用控制运行策略5。当t₅＜t≤24时，为了保证充电系统经济性最优，应通过前述控制算法保证SOC(t₅)尽量趋近于 SOC_min。如果储能系统在t₅时刻后仍有剩余电量，则这部分电能可用于站内其他负荷供电，采用控制运行策略6。

控制策略1：当0＜t≤t₁时，储能系统充分利用低谷电价时段将储能系统充满，同时保留部分余量用于吸收0～t₁时间段内光伏系统无法被电动汽车充电负荷直接消纳的电量，其运行策略为：

P_B(t)＝P_B1(t)+P_B2(t)

式中：E₁表示0～t₁时间段内光伏系统储存于储能系统的电量，计算公式为

控制策略2：当t₁＜t≤t₂时，储能系统用于吸收此时间段内光伏系统无法被电动汽车充电负荷直接消纳的电量，其运行策略为：

控制策略3：当t₂＜t≤t₃时，在电价高峰时段，储能系统尽量放出电量用于满足电动汽车充电负荷与光伏系统出力的差值，其运行策略为：

控制策略4：当t₃＜t≤t₄时，储能系统在第二个电价平段补充部分能量，用于第二个电价高峰时段电动汽车充电，其运行策略为：

P_B(t)＝P_B1(t)+P_B3(t)

式中：E₁表示t₄～t₅时间段内储能系统需要放出的电量，根据历史统计得到该预测值。主要是为了保证储能系统所存储的电量能够被充分利用，即保证SOC(t₅)尽量趋近于SOC_min，进一步提高充电站的经济性。

E₂表示t₃～t₄时间段内光伏系统储存于储能系统的电量，计算公式为：

控制策略5：当t₄＜t≤t₅时，储能系统在电价高峰时段尽量放出电量用于满足电动汽车充电负荷与光伏系统出力的差值，其运行策略为：

控制策略6：当t₅＜t≤24时，为了保证充电系统经济性最优，应通过前述控制算法保证SOC(t₅)尽量趋近于SOC_min。如果储能系统在t₅时刻后仍有剩余电量，则这部分电能可用于站内其他负荷供电。

实施例3：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种充电站光伏和储能容量的配置系统，所述系统包括：

第一确定模块：用于基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

数值模块：用于基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

组合模块：用于对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

第二确定模块，用于基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

优选的，所述第二确定模块，包括：带入单元和确定单元；

所述带入单元，用于将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

所述确定单元，用于基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，包括：

基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

2.如权利要求1所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率，包括：

将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。

3.如权利要求2所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述充电站有序充电优化模型的建立，包括：

基于所述每日实时充电功率，以及充电功率的峰谷，将一天划分为不同的时段，并设定相应的电价；

基于所述不同的时段的实时发电功率和实时充电功率制定各个时段对应的储能系统运行策略；

将储能容量、储能功率和光伏容量数值带入到所述储能系统运行策略，得到储能系统实时存储的功率；

基于所述储能系统实时存储的功率以及获取的充电站运行约束条件、充电站年售电的总收入、充电站光伏系统年上网电量的收入、充电站光伏系统每年的补贴收入、充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本、充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本、从电网购电的年购电电费和其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本计算充电站净年值。

4.如权利要求3所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述储能系统运行策略，包括：

当所述时段为谷段和第一平段时，所述储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的功率，并基于谷段电价将储系统功率充满；

当所述时段为为第一峰段或第二峰段时，所述储系统对用电负荷和光伏功率之间的差值进行补充；

当所述时段为第二平段时，所述储能系统吸收所述第二平段未被消耗的功率，并基于所述第二平段电价和第二峰段用电负荷和光伏功率之间的差值对所述储能系统进行功率补充；

当所述时段为第三平段时，将所述储能剩余功率用于其他负荷，使所述储能系统的电荷状态处于最小值；

其中，所述时段包括：

5.如权利要求4所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述当所述储能系统处于谷段和第一平段时，所述储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的功率的函数式如下：

式中，P_B1为储能系统吸收谷段和第一平段未被消耗的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为当前储能荷电状态；SOC_max为储能荷电状态最大值。

6.如权利要求5所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述基于谷段电价将储系统功率充满的函数式如下：

式中，P_B2为储能系统吸收谷段和第一平段未被消耗的功率后需要补充的功率；E_B为储能系统装机容量；E₁为储能系统吸收所述谷段和第一平段未被消耗的能量。

7.如权利要求4所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述当所述储能系统处于第一峰段或第二峰段时，所述储系统对用电负荷和光伏功率之间的差值进行补充的函数式如下：

式中，P_B3为所述储能系统处于第一峰段或第二峰段所需补充的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为实时储能荷电状态；SOC_max为储能荷电状态最大值；SOC_min为储能荷电状态最小值。

8.如权利要求4所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述当所述储能系统处于第二平段时，所述储能系统吸收所述第二平段未被消耗的功率的函数式如下：

式中，P_B4为储能系统吸收的第二平段未被消耗的功率；t为时间；W_B为储能系统装机功率；P_PV为充电站光伏系统一日的实时发电功率；P_L为充电站的电动汽车实时充电负荷；SOC(t)为实时储能荷电状态；E₂为第二峰段储能系统需要放出的能量；E_B为储能系统装机容量。

9.如权利要求8所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述基于所述第二平段电价和第二峰段用电负荷和光伏功率之间的差值对所述储能系统进行功率补充的函数式如下：

式中，P_B5为储能系统吸收的第二平段未被消耗的功率后所需补充的功率；E₃为储能系统吸收第二平段未被消耗的能量。

10.如权利要求4所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述充电站净年值的计算式如下：

F＝I_C+I_PV+I_A-O_PV-O_B-O_E-O_C

式中，F为充电站净年值；I_C为充电站年售电的总收入；I_PV为充电站光伏系统年上网电量的收入；I_A为充电站光伏系统每年的补贴收入；O_PV为充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本；O_B为充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本；O_E为从电网购电的年购电电费；O_C为其他充电设施全寿命周期内的年等效投资成本。

11.如权利要求10所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述充电站光伏系统全寿命周期内的年等效投资成本O_PV的计算式如下：

式中，O_PV为C₁为光伏系统初始投资单价；W_PV为光伏系统装机功率；i为贴现率；n₁为光伏系统使用年限；K₁为光伏系统的年运行维护系数。

12.如权利要求10所述的充电站光伏和储能容量的配置方法，其特征在于，所述充电站储能系统全寿命周期内的年等效投资成本O_B的计算式如下：

式中，C₂为储能系统初始容量投资单价；C₃为储能系统初始功率投资单价；E_B为储能系统装机容量；W_B为储能系统装机功率；n₁为光伏系统使用年限；n₂为储能系统使用年限；K₂为储能系统的年运行维护系数。

13.一种充电站光伏和储能容量的配置系统，其特征在于，所述系统包括：

第一确定模块：用于基于所述充电站所有光伏的安装功率范围以及获取的光伏每日实时发电功率和每日实时充电功率分别确定可增加光伏的安装功率范围以及储能安装容量和储能装机功率范围；

数值模块：用于基于所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的范围以及预设的间隔步长进行取值，分别得到至少两个储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值；

组合模块：用于对各储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率的数值进行排列组合，得到储能和光伏的多个配置组合；

第二确定模块，用于基于各储能和光伏的配置组合并结合各组合对应的充电站净年值，确定光伏安装功率、储能安装容量和储能装机功率。

14.如权利要求13所述的充电站光伏和储能容量的配置系统，其特征在于，所述第二确定模块，包括：带入单元和确定单元；

所述带入单元，用于将各储能和光伏的配置组合分别带入预先建立的充电站有序充电优化模型，得到多个充电站净年值；

所述确定单元，用于基于所述充电站净年值最大值对应的储能和光伏的配置组合，确定所述储能安装容量、储能装机功率和光伏装机功率。