CN111898233A - 一种电动汽车充换电站负荷计算方法 - Google Patents

一种电动汽车充换电站负荷计算方法 Download PDF

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Abstract

一种电动汽车充换电站负荷计算方法，所述方法根据电动公交的运行工况，对电动公交在各个时间段内充换电站的需求进行统计分析，建立电动汽车充电站负荷模型。本发明通过建立电动汽车充电站负荷模型，结合配电网的数据，就能进行分析对配电网的影响，有助于研究电动汽车充换电站有序充电策略，实现对电动汽车充换电站运行管理的优化控制。

Description

一种电动汽车充换电站负荷计算方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充换电站负荷计算方法，属电力负荷管理技术领 域。
背景技术
温室气体的过渡排放，导致全球气候变暖趋势加剧。电动汽车作为新一代 的交通工具，其在节能减排、减少人类对化石能源的依赖方面，相较传统汽车 具备不可比拟的优势。电动汽车以电代油，能够实现“零排放”，噪音低，是 解决能源和环境问题的重要手段。随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电 动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范 围内逐渐推广应用。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发 展的必然趋势已经成为普遍共识。
公交交通是电动车现在应用最广的领域，在一线城市大部分燃油公交车已 经更新换代成电动车。
电动汽车充换电站是电动汽车配套设施的重要组成部分。未来大规模电动 汽车的运行势必需要大量的电能供给场所提供支撑作用。大规模电动汽车充电 负荷接入电网将对电力系统的规划运行产生不可忽视的影响。其中，重要影响 之一是负荷的增长将加剧电网负荷的峰谷差，可能导致配电网损耗增加，配电 变压器过载等一系列问题。如何对电动汽车充换电站运行管理的优化控制，成 为重中之重。而对电动汽车充换电站运行管理，首先要了解电动汽车充电站负 荷曲线，从而才能分析充电站对配电网的影响，研究电动汽车充电站充放电策 略，实现对电动汽车充电站充放电的控制管理，减小电动汽车对电网的影响。 现有技术中缺乏对电动汽车充电站负荷曲线的研究。
发明内容
本发明的目的是，为了建立精确的负荷模型，掌握负荷的变化特性，分析 电动汽车充电对电网运行的影响，实现对电动汽车充电站充放电的控制管理， 减小电动汽车对电网的影响，提出一种电动汽车充换电站负荷计算方法。
实现本发明的技术方案如下，一种电动汽车充换电站负荷计算方法，所述 方法根据电动公交的运行工况，对电动公交在各个时间段内充换电站的需求进 行统计分析，建立电动汽车充电站负荷模型。
所述电动汽车充换电站负荷模型为：
电动公交每次发车和到站的时间段及电池组SOC的关系表述如下：
Figure BDA0002491117760000021
Figure BDA0002491117760000022
式中，
Figure BDA0002491117760000023
为第车辆第k次运行发车时间段；
Figure BDA0002491117760000024
为第i车辆第k次运行到站时 间段；L为车辆行驶一圈里程；V为车辆平均行驶速度；τ为时间间隔；
Figure BDA0002491117760000025
为第 车辆第k次发车时电池组SOC；P为第车辆的单位里程耗电量；B为第i车辆电 池容量。
计算得到每辆公交车每次发车时间段和到站时间段SOC；由行驶里程与平 均每公里耗电量可以计算出行驶一圈最低电量M；当
Figure BDA0002491117760000026
时，则进行电池组 更换，由此得出电动公交i换电时段；计算所有时间段及所有车辆即可得到公交 线路的换电需求。
所述运行工况包括电动公交发车时刻表、线路配备车辆数、行驶里程、时 速以及换电所需时间。
所述换电需求分析计算需要的基本信息包括电池容量、行驶里程、每公里 平均耗电量、行驶时速、电池组的荷电状态。
所述充换电站每天运行时间为06:00—23:00，电动公交只在运行时间内进 行换电；因此对运行时间以15min为间隔进行均匀分段，对各个时间段内换电 需求进行统计。
所述充换电站内充电机平均充电电流按0.3C考虑，单箱电池充电时间约为 3小时；若电池电量无法满足下次行驶需要，则需换上一组满电电池。
本发明的有益效果在于，本发明通过建立电动汽车充电站负荷模型，结合 配电网的数据，就能进行分析对配电网的影响，有助于研究电动汽车充换电站 有序充电策略，实现对电动汽车充换电站运行管理的优化控制。
附图说明
图1为电动公交线路换电需求分析计算流程；
图2为电动公交线路1的单日换电需求；
图3为电动公交线路2的单日换电需求；
图4为电动公交充换电站线路1和线路2日负荷曲线；
图5为IEEE33节点配电示例系统拓扑图；
图中，图2和图3的横座标Time/h为时间/小时，纵座标Num为电动汽车 换电数量/台；图4的横座标为时间/小时，纵座标为Pc/MW。
具体实施方式
本发明以某省某市为例，某市智能电网充换电站为商用车电池更换站，规 划可为30辆电动公交车提供充换电服务，配备216分箱充电机。由于公交车行 驶路线固定，同类型公交车运行一圈所需时间与耗电量等运行状况基本相同。
考虑未来电动公交车与现有的公交车相同，都以满足客户搭乘需求为服务 宗旨，并由调度中心统一调度，制定发车时刻表。公交车发车前要确认电池剩 余电量是否达到本轮行驶最低电能要求，某市充换电站采用凯马百路佳客车厂 的JXK6113BEV型电动公交车，电池采用磷酸铁锂电池，站内充电机平均充电 电流按0.3C考虑，单箱电池充电时间约为3小时。若电池电量无法满足下次 行驶需要，则需换上一组满电电池。
本实施例从公交车运行实例出发，未考虑换电工位约束。根据某一模拟的 公交发车时刻表、线路配备车辆数、行驶里程、时速以及换电所需时间，分析 了电动公交的换电需求，计算流程如图1所示。
充换电站每天运行时间为06:00—23:00，电动公交只在运行时间内进行换 电。因此对运行时间以15min为间隔进行均匀分段，对各个时间段内换电需求 进行统计。换电需求分析计算需要的基本信息包括电池容量、行驶里程、每公 里平均耗电量、行驶时速、电池组的荷电状态等。
公交每次发车和到站的时间段及电池组SOC的关系表述如下：
Figure BDA0002491117760000041
Figure BDA0002491117760000042
式中，
Figure BDA0002491117760000043
为第车辆第k次运行发车时间段；
Figure BDA0002491117760000044
为第i车辆第k次运行到站时 间段；L为车辆行驶一圈里程；V为车辆平均行驶速度；τ为时间间隔；
Figure BDA0002491117760000045
为第 车辆第k次发车时电池组SOC；P为第车辆的单位里程耗电量；B为第i车辆电 池容量。
计算得到每辆公交车每次发车时间段和到站时间段SOC。由行驶里程与平 均每公里耗电量可以计算出行驶一圈最低电量M，当
Figure BDA0002491117760000051
时，则进行电池组 更换，由此得出电动公交i换电时段。计算所有时间段及所有车辆即可得到公交 线路的换电需求。
电动公交发车时刻表、电动汽车性能及运行参数、充换电站换电需求计算 流程图分别如表1～表3所示。
表1电动公交车发车时刻表
Figure BDA0002491117760000052
表2电动汽车性能及参数
Figure BDA0002491117760000053
表3电动汽车运行参数
Figure BDA0002491117760000054
由此可得到电动汽车线路1和线路2的换电需求，分别如图2和图3所示：
某市电动公交充换电站采用的电动汽车为凯马百路佳客车厂的 JXK6113BEV型电动公交车，充电功率为50kW，充满时间3个小时。考虑到换电 过程每个工位机器人每部车更换平均时间为8min，在加上车辆出入更换车间时 间，一部车从入站、更换电池、出站平均时间为10min。结合上述换电需求分 析，在此基础上建立了某市电动公交充换电站线路1、线路2的日负荷模型，如 图4所示。
在建立某市电动汽车充换电站负荷模型基础上，可分析电动汽车充换电站 对该市配电网的影响。现阶段以IEEE33节点配电示例系统为例，分析电动汽车 充换电站接入后对配电网络的影响。如图5所示为IEEE33节点配电示例系统拓 扑图。
选用33节点算例，系统研究电动汽车充换电站对配电系统的影响。系统三 相功率的基准值为SB＝100000kVA，线电压的基准值UB＝12.66kV。系统总有功负 荷为37150kW，系统功率因素为0.95，假设系统有功负荷占系统容量的75％，系 统容量为49530kW。节点1为电源节点，该节点的电压标幺值为1.05，其他节 点额定电压标幺值为1.0。

Claims (5)

1.一种电动汽车充换电站负荷计算方法，其特征在于，所述方法根据电动公交的运行工况，对电动公交在各个时间段内充换电站的需求进行统计分析，建立电动汽车充电站负荷模型；
所述电动汽车充换电站负荷模型为：
电动公交每次发车和到站的时间段及电池组SOC的关系表述如下：
Figure FDA0002491117750000011
Figure FDA0002491117750000012
式中，
Figure FDA0002491117750000013
为第车辆第k次运行发车时间段；
Figure FDA0002491117750000014
为第i车辆第k次运行到站时间段；L为车辆行驶一圈里程；V为车辆平均行驶速度；τ为时间间隔；
Figure FDA0002491117750000015
为第车辆第k次发车时电池组SOC；P为第车辆的单位里程耗电量；B为第i车辆电池容量；
计算得到每辆公交车每次发车时间段和到站时间段SOC；由行驶里程与平均每公里耗电量计算出行驶一圈最低电量M；当
Figure FDA0002491117750000016
时，则进行电池组更换，由此得出电动公交i换电时段；计算所有时间段及所有车辆即得到公交线路的换电需求。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充换电站负荷计算方法，其特征在于，所述运行工况包括电动公交发车时刻表、线路配备车辆数、行驶里程、时速以及换电所需时间。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充换电站负荷计算方法，其特征在于，所述换电需求分析计算需要的基本信息包括电池容量、行驶里程、每公里平均耗电量、行驶时速、电池组的荷电状态。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车充换电站负荷计算方法，其特征在于，所述充换电站每天运行时间为06:00—23:00，电动公交只在运行时间内进行换电；因此对运行时间以15min为间隔进行均匀分段，对各个时间段内换电需求进行统计。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车充换电站负荷计算方法，其特征在于，所述充换电站内充电机平均充电电流按0.3C考虑，单箱电池充电时间约为3小时；若电池电量无法满足下次行驶需要，则需换上一组满电电池。
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