电动汽车充电负荷计算方法_罗卓伟

；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ １ １ ０ ２ ０ １ １ ０ ５ １ ８ － － － －
１ 中国电动汽车充电模式分析
中国政府出台了一系列电动汽车相关政策以扶 持电动汽车的发 展 。 自 ２ 十城千辆” ０ ０ ９年开展了“ 计划 ， 推广的车辆主要在城市的公交 、 出租 、 公务 、 市 ［ １ ０］ 。 政等领域 ， 目前试点城市已达 ２ 个 ５ 通过 分 析 中 国 电 动 汽 车 发 展 现 状 ， 结合国家以 ， 及部分省市发布的 电 动 汽 车 发 展 规 划 总 结 出 中 国 电动汽车 未 来 发 展 趋 势 大 体 为 ： 电 ２ ０ １ ０—２ ０ １ ５ 年， 动汽车主要在公 交 车 、 公 务 车、 出 租 车 中 示 范 运 营； — 、 年在公共交通系 统 公务车中实现电动 ２ ０ １ ６ ２ ０ ２ ０ 汽车规模 化 运 营 ， 私 家 车 较 少； ２ ０ ２ １—２ ０ ３ ０年电动 ， 。 私家车加速发展 其比例逐年上升 可见 中 国 电 动 汽 车 的 主 要 类 型 为 公 交 车 、 出租 公务 车 、 私 家 车 等。根 据 中 国 于 ２ 车、 ０ １ ０年４月通 ， 过的 《 电动汽车传 导 式 接 口 》 充电模式分为慢速充 ） ， ， 充电模式 Ｌ 常规充电 （ 充电模式 Ｌ 快速 充 电（ １ ２） ） ， 。 电（ 充电模式 Ｌ 如表 所示 ３ １
第３ ５ 卷 第 １ ４期 ２ ０ １ １年７月２ ５日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． １ ４ Ｊ ｕ ｌ ２ ５， ２ ０ １ １ ｙ
电动汽车充电负荷计算方法
罗卓伟１，胡泽春１，宋永华１，杨 霞１，占恺峤１，吴俊阳２
（ １．电力系统国家重点实验室 ，清华大学电机系 ，北京市 １ ０ ０ ０ ８ ４； ） ２．南方电网科学研究院有限责任公司 ，广东省广州市 ５ １ ０ ６ ２ ３
， 于额定行驶里程 ） 一次充电难以满足一天的行驶需 要 。 假设电动出租车在一天的运营过程中进行 ２ 次 ２ ） 。 充电 ， 起始 Ｓ Ｏ Ｃ 满足正态分布 Ｎ（ ０． ３， ０． １ １． ３ 公务车充电模式 公务车未执行公务时 ， 即可进行充电 ， 因此在大 多数情况下有充足 的 充 电 时 间 ， 其充电模式多采用 慢速或常规充电 。 目前大部分公务车实行夜间停在 指定停车地点的制 度 ， 假设充电起始时间大致在机 也即１ 关单 位 下 班 后 至 第 ２ 天 上 班 之 前 ， ８： ０ ０— 为了满足第 ２ 天工作需要 ， 假设公务车需每天 ７： ０ ０。 ２ ， ） 。 充电 起始 Ｓ Ｏ Ｃ 满足正态分布 Ｎ（ ０． ４， ０． １ １． ４ 私家车充电模式 私家 车 主 要 被 用 于 车 主 上 、 下班以及休闲娱乐 相应的充电地点主要包括单位办公停车场 、 居民 等， 、 。 停车场 商场超 市 停 车 场 等 仍 以 北 京 地 区 私 家 车 上 班 出 发 高 峰 时 段 为 ７： 占私 出行为例 ， ０ ０—９： ０ ０， 。 ： 家车总量的 ６ ６． ９ ５％ 车辆到达高峰时段为 ７ ３ ０— ［ １ １］ 占私家车总量的 ７ ９： ３ ０， １． ９ ５％ 。 私 家车 在 办公 以 及 居 民 停 车场 停 放 时间 较 长， 能够对其进行常规 或 者 慢 速 充 电 ， 充电时间为到达 上班地点之后至下班时间以及下班回家后至次日早 晨上班 之 前 ， 即 ７： ３ ０—１ ７： ０ ０和１ ９： ０ ０—７： ０ ０。 在 ， 、 城市商业区 私家车可能的充电地点为商场 超市等 专用或公共的停车场 。 作者在北京海淀区某大型商 场和某超 市 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 。 ７ ９． ７ ８ｍ ｉ ｎ
［ ］ １ ２ －
负荷 。 目前已发表的文献未对不同类型车辆对应的充 电时间 、 充电方式 、 起始 Ｓ 在分析充电 Ｏ Ｃ 进行划分 ； 需求时 ， 假设所有车辆均充满或充至给定容量 ， 未考 虑车辆的不同充电需求 。 本文对中国电动汽车的发展现状及趋势进行了 分析 ， 结合实地调研 讨 论 了 未 来 主 要 类 型 电 动 汽 车 提出了电动汽车充电 对应的充电方式和 充 电 时 间 ， 负荷计算模型以及基于蒙特卡洛模拟的电动汽车充 电负荷计算方法 ， 并对中国未来电动汽车充电负荷 进行了计算分析 。
摘要 ：在研究中国电动汽车相关政策 、 发 展 趋 势 的 基 础 上， 基 于 调 研 结 果， 分析了不同类型电动汽 车不同充电行为对应的充电方式及充电时段 。 根据不同类型 电 动 汽 车 不 同 充 电 行 为 的 充 电 功 率 ， 提出采用蒙特卡洛模拟抽取起始荷电状态 、 起始充电时间的 电 动 汽 车 充 电 负 荷 计 算 方 法 。 该 方 法 将不同车辆的不同充电行为按充电需求进行分类 ， 根据充电方式 、 起始荷电状态 、 充电需求 、 起始充 电时间计算充电时间 ， 获得充电负荷曲线 。 对中国未来电动汽车充电负荷水平进行了计算和分析 。 分析结果表明 ： 随着中国电动汽车的发展 ， 充电负荷将对电网 的 运 行 和 规 划 带 来 较 大 的 影 响 ； 充电 负荷具有明显的峰谷差 ， 负荷调控的潜力大 。 关键词 ：电动汽车 ；蒙特卡洛模拟 ；充电负荷计算 ；峰荷
０ 引言
在能源短缺 、 环境污染严重 、 全球气候变化的背 ， 电动汽车 作 为 一 种 新 型 交 通 工 具 ， 在缓解 景下 、 能源危机 促进人类 与 环 境 的 和 谐 发 展 等 方 面 具 有 传统汽车不可比拟的优势 ， 目前已成为各国政府 、 汽 ［ ３］ 车制造商 、 能源企业关注的焦点 。电动汽车充电 对 负荷计算作为分析 电 动 汽 车 对 电 网 影 响 的 基 础 ， 电力系统规划以及运行具有重要意义 。
图 １ 私家车商场 、 超市停车时间分布 Ｆ ｉ ． １ Ｐ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｃ ａ ｒ ａ ｒ ｋ ｉ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｇ ｐ ｇ ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｍ ａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｐ
模式 Ｌ 注 ：模式 Ｌ １和 Ｌ ２ 为交流充电 ； ３ 为直流充电 。
１． １ 公交车充电模式 根据 对 北 京 地 区 公 交 车 运 营 情 况 的 调 研 ， 公交 车日均行驶里程为 １ ５ ０～２ ０ ０ｋ ｍ。 公交车首班发车 时间 为 ５： 末班发车时间为２ ３ ０—６： ０ ０， ２： ０ ０— ： 。 、 （ ： — ： ， ： 每 天 上 下 班 时 间 ２ ３０ ０ ６３ ０ ９０ ０１ ６３ ０— ） 为公交车运行高峰时段 。 高峰时段发车间隔 １ ８： ３ ０ 较短 ， 一般为 ３～５ｍ 所有车辆均需参与运行， 其 ｉ ｎ， 余时段发车间隔较长 ， 为 ７～８ｍ ｉ ｎ。 目前示范运营的电动公交车额定行驶里程约为 考虑 到 安 全 等 因 素 ， 一次充电难以满足一 ２ ０ ０ｋ ｍ， 天的运营需求 。 电动公交车在白天运营过程中需要 且 在 高 峰 时 段， 电动公交车不能充 至少充电 １ 次 ， 电 。 由于公交车运营时间 、 地点相对集中 ， 可以在现 有停车场建设充电设施进行集中充电 。 在白天运营 时段内 ， 公交车难 以 长 时 间 停 留 ， 进 行 快 速 充 电； 在 夜间停运时段进行常规充电 。 依据上述分析作出一 种 合 理 的 假 设： 电动公交车白天充电的时间为 夜间充电的时间为２ １ ０： ０ ０—１ ６： ３ ０， ３： ０ ０—５： ３ ０。 ， 假设电动公交车每 天 需 要 充 电 ２ 次 每 次 充 电 的 起 ２ ） ， 始Ｓ 即起始 Ｓ Ｏ Ｃ 服 从 正 态 分 布 Ｎ（ ０． ５， ０． １ Ｏ Ｃ ］ 的期望值为 ０． 其分布在 ［ 范围内的概率 ５， ０． ２， ０． ８ 。 超过 ９ ９． ５％ １． ２ 出租车充电模式 根据 对 北 京 地 区 出 租 车 运 营 情 况 的 调 研 ， 出租 车日均行 驶 里 程 为 ３ ５ ０～５ ０ ０ｋ ｍ。 每 辆 出 租 车 由 分 大 班 和 小 班 ２ 种 模 式。 大 班 ２ 名司机轮 流 驾 驶 ， 小班出租车司机每 出租 车 司 机 每 ２ ４ｈ 倒 一 次 班 ， １ ２ｈ 倒 一 次 班 。 目 前 大 班 与 小 班 比 例 约 为 ５∶１。 大班司机每天晚上在 ２： 在这 ０ ０—５： ０ ０ 休息约 ２ｈ， 段时间 内 可 进 行 常 规 充 电 。 午 餐 时 间 在 １ １： ３ ０— 有 １ｈ 左 右 停 止 运 营 ， 在这段时间内可进行 １ ４： ３ ０， 快速充电 。 小班司 机 由 于 需 要 倒 班 ， 运营过程中休 只能进行快速充电 ， 能进行快速充电的 息时间较短 ， ： — ： ： — 时间为 １ 和 １３ ０ １ ４０ ０ ２０ ０ ４： ０ ０。 以 目 前 在 深 圳进行电动出租车 示 范 运 营 的 Ｂ 该 Ｙ Ｄ Ｅ ６ 为 参 考， （ 车额定行驶里程为 ３ ０ ０ｋ ｍ 实际市区行驶里程要小
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· 电动汽车与电网互动及其相关研究 · 罗卓伟 ， 等 电动汽车充电负荷计算方法 表 １ 中国电动汽车不同充电模式比较 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ｇ ｇ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｌ ｕ － ｐ ｇ
充电 模式 Ｌ １ ２ １ － Ｌ ２ ２ ２ － ２ ３ － Ｌ ３ 额定 电压／ Ｖ 单相 ２ ２ ０ 单相 ２ ２ ０ 三相 Ａ １ ６ ３ ２ ３ ２ ６ ３ ３ ０ ０ 高速公路服务区 、 充电站等 商场 、 停车场等 适用场所 家用
影响电动汽车充电负荷的主要因素包括电动汽 ， 、 车规模 、 起始荷电状态 （ 充电 ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ Ｓ Ｏ Ｃ） ｇ 充电时间 、 动力电池容量等 。 对电动汽车规模 功率 、 以及 起 始 Ｓ 这 在文献［ 的研究中 Ｏ Ｃ ２ 个 因 素， ４ ７］ － ］ 均是给定的 ， 文献 ［ 的研究考虑了在不同的情景集 ８ 下电动 汽 车 的 规 模 和 不 同 驾 驶 行 为 的 起 始 Ｓ Ｏ Ｃ。 对于电动汽车充电功率 ， 文献 ［ 假设充电功率 ４， ６ ７］ － ］ 而文献 ［ 考虑了电动汽车有多种可能的充 单一 ， ５， ８ ］ 电功率 。 对于电动汽车充电时间 ， 文献 ［ 假设电动 ４ ］ 汽车在固定时间段内随机充电 ； 文献 ［ 假设电动汽 ５ ， ］ 车起始充电时间固定 ； 文献 ［ 基于驾驶行为数据 ６８ ］ 文献 ［ 研究了在不 分析了电动汽车充电时间分布 ； ７ 、 同电价 电网控制与 不 控 制 等 多 个 情 景 集 电 动 汽 车 在研究电动汽车充电 的不同充电时 间 。 文 献 ［ ４ ８］ － 负荷时都仅考虑单一类型的可插入式混合动力电动 ］ 汽车 ， 且电动汽车电池容量也是固定的 。 文献 ［ 分 ９ 析了多种类型电动汽车 （ 紧凑型居民汽车 、 中型居民 、 （ ） 、 ， 汽车 中型运动 型 多 功 能 车 Ｓ 在 ＵＶ 大 型 Ｓ ＵＶ） 不同电池容量以及不同充电功率下的电动汽车充电