电动汽车充电负荷总结

 在研商中国电动汽车相关政策、发展趋势的基础上,基于调研结果,分析了不等类型电动汽车不同充电行为遥相呼应的充电情势及充电时段。依照不同类型电动汽车不同充电行为的充电功率,提出动用蒙特卡洛模拟抽取发轫荷电状态、先河充电时间的电动汽车充电负荷总结方法。该办法将不同车辆的不等充电行为按充电需要举办分拣,根据充电形式、开始荷电状态、充电需要、起初充电时间测算充电时间,拿到充电负荷曲线。对中国鹏程电动汽车充电负荷水平举行了总括和分析。分析结果表明:随着中国电动汽车的提升,充电负荷将对电网的运作和规划带动较大的影响;充电负荷具有明确的峰谷差,负荷调控的潜力大。

引言


   
在能源短缺、环境污染严重、全球气候变化的背景下,电动汽车作为一种风尚交通工具,在化解能源危机、促进人类与环境的和谐提高等方面负有传统汽车不得比拟的优势,目前已变成各国政坛、汽车创建商、能源公司关注的枢纽[3]。电动汽车充电负荷总括作为分析电动汽车对电网影响的基本功,对电力系统规划以及运行具有重大意义。

   
潜移默化电动汽车充电负荷的重要因素包括电动汽车规模初叶荷电状态(state of
charge,SOC)、充电功率、充电时间、引力电池容量等。对电动汽车规模以及起首SOC这2个因素,在文献[4-7]的探讨中均是给定的,文献[8]的钻研考虑了在不同的光景集下电动汽车的规模和见仁见智驾驶行为的最先SOC。对于电动汽车充电功率,文献[4,6-7]一经充电功率单一,而文献[5,8]考虑了电动汽车有多种也许的充电功率。对于电动汽车充电时间,文献[4]如果电动汽车在固化时间段内随机充电;文献[5]设若电动汽车初叶充电时间固定;文献[6,8]按照驾驶行为数据解析了电动汽车充电时间分布;文献[7]研商了在不同电价、电网控制与不控制等五个现象集电动汽车的不比充电时间。文献[4-8]在探究电动汽车充电负荷时都仅考虑单一类型的可插入式混合重力电动汽车,且电动汽车电池容量也是永恒的。文献[9]分析了多体系型电动汽车(紧凑型居民汽车、中型居民汽车、中型运动型多效益车(SUV)、大型SUV),在不同电池容量以及不同充电功率下的电动汽车充电负荷。
    
目前已发布的文献未对不同门类车辆对应的充电时间、充电形式、伊始SOC举办剪切;在条分缕析充电需要时,假诺所有车辆均充满或充至给定容量,未考虑车辆的不比充电需要。本文对中华电动汽车的发显示状及趋势进行精晓析,结合实地调研座谈了前途重点类型电动汽车对应的充电情势和充电时间,指出了电动汽车充电负荷总结模型以及依据蒙特卡洛模拟的电动汽车充电负荷统计方法,并对华夏鹏程电动汽车充电负荷举办了统计分析。

华夏电动汽车充电情势分析


中国政党出台了一密密麻麻电动汽车相关政策以扶植电动汽车的发展。自二〇〇九年进展了“十城千辆计划,推广的车辆重要在都会的公交、出租、公务、市政等领域,近年来试点城市已达25个[10]。通过分析中国电动汽车发呈现状,结合国家以及一些省市公布的电动汽车发展规划,总结出中华电动汽车将来发展趋势大体为:

  • 2010—2015年,电动汽车重要在公交车、公务车、出租车中示范运营;
  • 2016—2020年在公共交通系统、公务车中落实电动汽车规模化运营,私家车较少;
  • 2021—2030年自动私家车加速前进,其比例逐年提升。

可见中国电动汽车的严重性项目为公交车、出租车、公务车、私家车等。

遵照中国于二零一零年8月透过的《电动汽车传导式接口》,充电格局分为慢速充电(充电情势L1),正规充电(充电情势L2),快速充电(充电情势L3),如表1所示 

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公交车充电情势


  
依据对香港地区公交车运营情形的调研,公交车日均行驶路程为150~200km。公交车首班发车时间为5:30—6:00,末班发车时间为22:00—23:00。每一天上、下班时间(6:30—9:00,16:30—18:30)为公交车运行高峰时分。高峰时分发车间距较短,一般为3~5min,所有车辆均需参加运作,其余时段发车间距较长,为7~8min。
  
前示范运营的电动公交车额定行驶里程约为200km,考虑到平安等要素,一回充电不便满意一天的运营需求。自动公交车白天运营过程中需要最少充电1次,且在山上时分,电动公交车不可以充电。由于公交车运营时间、地方相对集中,可以在存活停车场建设充电设施展开汇总充电。在光天化周运营时段内,公交车不便长日子停留,举办高效充电;在夜间停运时段举办正规充电。依照上述分析作出一种客观的假使:电动公交车白天充电的年HUAWEI10:00—16:30,夜间充电的年月为23:00—5:30。假诺电动公交车每一日需要充电2次,每回充电的伊始SOC听从正态分布N(0.5,0.12),即开始SOC的期望值为0.5,其遍布在[0.2,0.8]界定内的几引导先99.5%。

出租车充电形式


  
依据对上海地区出租车营业情况的调研,出租车日均行驶里程为350~500km。每辆出租车由2名司机轮流驾驶,分大班和小班2种格局。大班出租车司机每24h倒三遍班,小班出租车驾驶员每12h倒几遍班。如今大班与小班比例约为5暶1。大班司机天天上午在2:00—5:00休息约2h,在这段日子内可举办健康充电。午餐时间在11:30—14:30,有1h左右结束营业,在这段时日内可开展急忙充电。小班司机由于需要倒班,运营过程中休息时间较短,只好进展高效充电,能举行急速充电的时光为11:30—14:00和2:00—4:00。以近期在柏林展开机动出租车示范运营的BYDE6为参考,该车额定行驶里程为300km(实际市区行驶路程要低于额定行驶里程),五次充电不便满意一天的行驶需要。假设电动出租车在一天的运营过程中开展2次充电,初始SOC满足正态分布N(0.3,0.12)。


私家车充电格局


私家车重要被用于车主上、下班以及休闲游乐等,相应的充电地方首要不外乎单位办公停车场、居民停车场、商场超市停车场等。仍以迪拜地区私家车出行为例,上班出发高峰时刻为7:00—9:00,占私家车总量的66.95%。车辆到达山顶时分为7:30—9:30,占私家车总量的71.95%[11]亚洲城误乐城ca88网站,。
私家车在办公室以及居民停车场停放时间较长,可以对其开展健康或者慢速充电,充电时间为抵达上班地方之后至下班时间以及下班回家后至次日上午上班从前,即7:30—17:00和19:00—7:00。在都市商业区,私家车可能的充电地方为市场、超市等专用或集体的停车场。作者在京城海淀区某大型商场和某百货商店实际调研了近万辆私家车辆的停车行为,其停车时间分布见图1,平均停车时间为79.78min。图1暋

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组合中国充电标准,在那类地方将举办正常充电,基于调研数据尽管可以举办充电的时长大致为80min,在工作日和节日其可能的充电时间独家为19:00—22:00和12:00—22:00。按照文献[12],私家车年均行驶里程为2.5万km,推算出日均行驶路程为68.49km。假使私家车每一日充1次电,开始SOC满足正态分布N(
0.6,0.12) 

充电形式以及充电时序


综上,出租车、公交车日均行驶路程较长,需充电2次以满意其一天的运营需要,公交车、大班出租车夜间停放时间较长,可应用常规充电,而白天应用神速充电,小班出租车停车时间较短,选用高效充电。公务车可在单位停车场举办慢速或者常规充电。当私家车充电地点为办公室、居民停车场时,可应用慢速或者常规充电;在市场、超市停车场等休闲娱乐场合时,充电形式为正常充电。统计上述电动汽车充电格局以及充电时间分布,如图2所示。图2暋

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 电动汽车充电负荷总结模型


 将每一辆电动汽车充电负荷曲线累加,可收获总充电负荷曲线。充电负荷总计的难处介于分析电动汽车起初充电时间起先SOC的随机性。充电负荷总括以天为总计单位,时间间隔精确到分钟,全天共1440min。第i秒钟总充电负荷为所有车子在这时充电负荷之和,总充电功率可代表为

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按充电需要将第n辆电动汽车的第j种充电行为定义为亚洲城误乐城ca88网站 5,或者亚洲城误乐城ca88网站 6,
 第1类充电行为亚洲城误乐城ca88网站 7,无充电时长的羁绊,充电过程持续到电池充满;第2类充电行为亚洲城误乐城ca88网站 8,有充电时长的束缚,在充电时段停止时无论是否充满均结束充电。以私家车为例,单位停车场和居民停车场充电有较长的充电时间,电动汽车可以充满电,为第1类充电行为;商场超市停车场充电有充电时长的范围,为第2类充电行为。私家车充电地点及充电类型如图3所示。

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基于蒙特卡洛模拟的电动汽车充电负荷总计


 假使电网不控制电动汽车充电行为,电动汽车入电网后继之起始充电。选拔蒙特卡洛模拟抽取单位车辆先导SOC、起初充电时间的电动汽车充电负荷总计办法,其流程图如图4所示。

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 系统输入音讯包括电动汽车总规模各类充电行为暴发的概率分布、可能的充电时段及开端充电时间的概率分布充电时长约束不等档次充电行为遥相呼应的先河SOC概率分布

对单辆车辆充电负荷总结时,首先确定该车的充电行为,若该车有多种也许的充电行为,系统发出一个满意U(0,1)均匀分布的妄动数,遵照不同充电行为暴发的概率分布,确定车辆的充电行为。本文假使常规、连忙充电电流分别为0.2C和1.25C,电池从零电量充满分别需要5h和0.8h。对第1类充电行为,通过蒙特卡洛效仿抽取开始SOC。如若车辆希望离开时充满电,总括得出充电需要。基于充电格局、充电需要总计充电所需时长。在满足充电所需时长的牢笼,收缩起首充电时间抽样范围。按指定概率分布对苗头充电时间展开取样。实际充电时长等于充电所需时间。对第2类充电行为,在给定的序幕充电时间限定内,通过
蒙特卡洛效仿方法抽取起头充电时间,总结充电限制时长。依据随便抽取的起初SOC和加以的靶子SOC,统计满意充电需要所需充电时长。实际充电时间为充电所需时长与充电限制时长中的较小值。

电动汽车发展范围估算


《中国汽车产业发展报告(二〇〇八年)》[13]中预测的炎黄私家车、公共车辆(重要为出租车以及公务车)未来总量,如表2所示。

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二〇〇九年初全国出租车约为110万辆,等比例统计出中国2020年、2030年公务车、出租车总量分别为891.38万辆、208.62万辆和1458.62万辆、341.38万辆。以线性回归拟合出租车、公务车增长方向,得出2015年中华出租车、公务车总量分别为680.69万辆、159.31万辆。按近日时尚之都出租车与公交车比例,预测2015年、2020年、2030年全国公交车分别为66.58万辆、87.18万辆、128.4万辆。以表2预测值为常态预测值,以常态预测值的110%看成高预测值,以常态预测值的90%看作低预测值,预测中国各项车辆总量可能的界定,作为仿真的输入参数,预测结果如表3所示。

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若果私家电动车在2020年、2030年占私家车总量的百分比分别为10%和30%,其它类型电动汽车在2015年、2020年、2030年占5%,15%和30%时,预测中国电动汽车总充电负荷。

参数设置与收敛性分析


 在测算电动汽车充电负荷时,对领队出租车在光天化日以及私家车在市场超市充电参与了充电时长的界定,分别为120min和80min。假设周末个人电动汽车在零点以前与零点未来起首充电车辆的数码之比为5:1。私家车在居民停车场、单位停车场、商场超市停车场,充电的百分比分别为0.7,0.2和0.1。私家车上班到达时刻相对下班回家时刻汇总且考虑到不同单位上、下班时间有所区别,假若私家车在单位停车场以及居民停车场起先充电时间分布坚守N(9,0.52)和N(19.5,1.52)的正态分布,另外第1类充电行为开端充电时间服从均匀分布。第2类充电行为开头充电时间满意直角梯形分布,其概率密度函数为f(t),见附录A图A1

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设想未来充电技术的发展,倘若所有车辆充电形式为健康或飞跃充电,充电效能为90%[8]。充电功率按照国家标准,出租车平时营业需要容量较大的电池组,以BYDE6为参考,其所利用的锂离子电池额定电压为320V、额定容量200A·h,其常规、急忙充电功率分别为14kW和90kW。另外乘用车(私家车、公务车)如果使用的锂离子电池额定电压320V、额定容量100A·h,统计得出常规、飞速充电功率分别为7kW和45kW,假如公交车充电功率为私家车的3倍。

系统参数设置如表4所示。总括周末电动汽车充电负荷曲线时,不考虑公务车、私家车上下班的用车行为。本文接纳方差周详亚洲城误乐城ca88网站 14考评蒙特卡洛法模拟的精度,即

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预测结果


 设置蒙特卡洛法模拟的次数最少为50000次,要求方差系数小于0.05%。在汽车总量常态预测情景集下,2015年、2020年、2030年中华电动汽车充电负荷曲线如图5所示。

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结果分析


  • 1)2010—2015年,在电动汽车示范运营阶段,充电负荷较小且充电时间相对稳定。2016—2020年,电动汽车充电负荷扩大,出现充电负荷高峰。2021—2030年,随着活动私家车的推广,电动汽车充电负荷迅猛上升。
  • 2)以后电动汽车将会给电网带来新的载荷增长。充电负荷有一个显著的晚高峰,暴发那些山头的来头是私家车在工作日下班后以及节日夜晚汇总充电。由于在节日私家车回家的时间相对工作日更为分散,由此节假期的充电峰荷有所回落。当自动私家车占私家车总量的10%,30%和50%时,在工作日以及节日电动汽车充电峰荷分别为72GW,224GW,358GW以及56GW,168GW,279GW。
  • 3)电动汽车充电负荷具有无可争论的峰谷差,其峰荷时段与全网负荷峰荷时段基本一致。若对电动汽车的充电负荷举行支配,实现有效的削峰填谷,则可减小电源和电网的投资并降低电网的运作成本。

结语


 

 电动汽车充电负荷受广大要素的震慑,很难在负荷和那一个元素里面建立一种确定的数学模型。本文对电动汽车充电负荷的计量办法举办了便民的探究,并对中国电动汽车在2015年、2020年、2030年充电负荷举办了预测,统计办法和展望结果对研究将来中国电动汽车充电负荷对电网的震慑所有一定的参考价值。
文中提到电动汽车电能供给格局的数据均依照法国首都地区,未来得以在另外地区举办有关调研工作,以进一步切合各样地方的莫过于境况;部分参数如开首SOC等选项具有自然的主观性,可以通过更加调研各类类型汽车对应的两样驾驶行为并依据驾驶行为分开充电类型,设定对应的起初SOC,使其更加客观。

参考文档