考慮用戶費用和變壓器壽命損失的電動汽車智能充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車充電系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)技術(shù)，特別是一種自動調(diào)整電動汽車充 電電流的智能充電方法，本方法是一種動態(tài)循環(huán)優(yōu)化方法，考慮電動汽車充電起始時間的 隨機性，通過優(yōu)化程序自動設(shè)計出接入電網(wǎng)的電動汽車的最優(yōu)充電倍率（充電電流），W達 到減少配電變壓器的壽命損失和用戶費用的目的，從而提高配電變壓器的運行效率。
【背景技術(shù)】：
[0002] 大量電動汽車的接入會對配電網(wǎng)運行產(chǎn)生很大影響，會增加配電網(wǎng)的負荷，對配 電變壓器熱容量及其使用壽命造成一定的影響。目前針對電動汽車對電網(wǎng)影響研究主要集 中于充電裝置、配網(wǎng)電能質(zhì)量和充電站規(guī)劃等方面，而對于對配電網(wǎng)主設(shè)備的影響研究較 少，且現(xiàn)有文獻大多W單目標(biāo)考慮電動汽車的充電方法，而基于單目標(biāo)的控制方法難免顧 此失彼；例如，將壽命損失最小作為目標(biāo)的控制方法將造成用戶成本的增加；W用戶成本 最小為目標(biāo)的控制方法將可能產(chǎn)生新的峰值；并且僅僅控制電動汽車充電時間的方法未能 考慮電動汽車充電時間的隨機性，因此本智能充電方法考慮電動汽車充電時間的規(guī)律性， 對電動汽車的充電電流進行提前控制，將用戶電費最小和配電變壓器壽命損失最小同時作 為優(yōu)化對象，建立一個多目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明涉及一種大量電動汽車同時接入配電網(wǎng)的智能充電方法，在日常所用充電 器的基礎(chǔ)上，一種考慮用戶費用和變壓器壽命影響的電動汽車智能充電方法，通過智能充 電管理系統(tǒng)的優(yōu)化程序自動設(shè)計出一天內(nèi)多臺電動汽車的最優(yōu)充電方法，自動調(diào)整電動汽 車的充電電流，W減小配電變壓器的壽命損失和用戶費用。
[0004] 具體技術(shù)方案如下：
[0005] -種考慮用戶費用和變壓器壽命影響的電動汽車智能充電方法，包括下列步驟： [000引 （1)第i輛電動汽車接入插座，準(zhǔn)備充電（i= 1,2...腳；
[0007] (2)通過電網(wǎng)實時負荷監(jiān)測系統(tǒng)，獲得電網(wǎng)的過去的負荷變化曲線；根據(jù)電網(wǎng)的 過去的負荷變化等相關(guān)信息，智能充電管理系統(tǒng)預(yù)測并模擬從當(dāng)前到未來24小時的某配 電變壓器用電負荷曲線；
[0008] (3)獲得從當(dāng)前到未來24小時的環(huán)境溫度變化曲線；
[0009] (4)智能充電管理系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測的未來24小時負荷、變壓器所處環(huán)境溫度等相關(guān) 數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化程序自動計算出第i輛電動汽車的最優(yōu)充電電流；
[0010] (5)智能充電管理系統(tǒng)控制閉合充電主繼電器，根據(jù)優(yōu)化程序的結(jié)果控制電動汽 車充電電流；
[0011] (6)智能管理系統(tǒng)將實際電動汽車充電負荷疊加到實時負荷中，計算從當(dāng)前到未 來24小時的壽命損失、電費；
[001引 （7)第i輛電動汽車優(yōu)化結(jié)束，對第i+1輛電動汽車充電電流進行優(yōu)化，轉(zhuǎn)到步驟 (I);
[001引 做第i輛電動汽車充電達到要求后，充電器充電主繼電器斷開，結(jié)束充電。
[0014] 智能充電管理系統(tǒng)是一種動態(tài)循環(huán)優(yōu)化方法，考慮電動汽車充電起始時間的隨機 性，通過優(yōu)化程序逐步自動設(shè)計出接入電網(wǎng)的多輛電動汽車的最優(yōu)充電倍率（充電電流）。
[0015] 優(yōu)選地，步驟（2)中，根據(jù)電網(wǎng)的過去的負荷變化、環(huán)境因素、社會因素等相關(guān)信 息，智能充電管理系統(tǒng)采用支持向量機的方法預(yù)測未來24小時的某配電變壓器用電負荷 曲線。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（3)中，獲得從當(dāng)前到未來24小時的環(huán)境溫度的方法；智能充電管理 系統(tǒng)根據(jù)W往兩年的環(huán)境溫度規(guī)律W及近期氣象部口的環(huán)境溫度預(yù)測，進行綜合分析預(yù)測 未來24小時配電變壓器的環(huán)境溫度。
[0017] 優(yōu)選地，步驟（4)中，智能充電管理系統(tǒng)控制的電動汽車的類型為單一類型電動 車，具有相同的電池類型、容量、充電量等參數(shù)。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（4)中，智能充電管理系統(tǒng)的優(yōu)化程序是利用自適應(yīng)性粒子群，對電 動汽車的充電電流進行控制，最終目的是使配電變壓器在滿足用戶需求的同時使得壽命損 失最小。
[0019] 粒子群算法初始化為一群隨機粒子（隨機解），然后通過迭代找到最優(yōu)解。在每一 次迭代中，粒子通過跟蹤兩個"極值"來更新自己。第一個就是粒子本身所找到的最優(yōu)解， 送個解叫做個體極值地est，即Pi,,。另一個極值是整個種群目前找到的最優(yōu)解，送個極值 是全局極值濁est，即Pg, ,。找到兩個極值點后，粒子根據(jù)公式（1) (2)來更新速度和位置：
[0020] Vi,j(t+1) = wVi,j(t)+Ciri[Pi,^Xi,j(t)]+C2r2[Pg,^Xi,.j(t)] (I)
[0021] Xi,j(t+1) =Xi,j(t)+Vi,j(t+1) 似
[002引其中W為慣性權(quán)因子，Ci、C2為正的學(xué)習(xí)因子，ri、。為0到I之間均勻分布的隨機 數(shù)。
[0023] 優(yōu)選地，步驟（4)中，為了平衡粒子群算法的全局搜索能力和局部改良能力，所使 用的為改進的粒子群算法一自適應(yīng)粒子群算法，根據(jù)式（3)采用非線性的動態(tài)慣性權(quán)重 系數(shù)公式求取隨著微粒的目標(biāo)函數(shù)值而自動改變的自適應(yīng)權(quán)重，其中Wmi。、Wm。、分別表示慣 性權(quán)重的最小值和最大值，f為粒子當(dāng)前的目標(biāo)函數(shù)值，fwg、fmi。為當(dāng)前所有粒子的平均目 標(biāo)值和最小目標(biāo)值。
(3)
[0025] 優(yōu)選地，步驟（4)中，自適應(yīng)粒子群算法為整數(shù)的粒子群算法，電動汽車電池的充 電功率控制方法為電流控制，電動汽車電池的適宜充電電流范圍為0. 2C~0. 3C(C代表電 池的容量），該智能方法中可取充電電流為0. 2C、0. 3C、0. 4C、0. 5C、0. 6C、0. 7C、0. 8C、0. 9C、 I.OC，按照電動汽車電池充電規(guī)律，近似將充電功率簡化為恒定，電壓可取電動汽車電池組 的額定電壓，且電動汽車電池充電量從0到100%，將一天24小時每3分鐘取一個間隔點繼 續(xù)優(yōu)化和計算。
[0026] 優(yōu)選地，步驟（4)中，為了滿足用戶電動汽車充電的需求，所提出的多目標(biāo)優(yōu)化智 能充電方法從安全性和經(jīng)濟性兩方面同時優(yōu)化，經(jīng)濟性從用戶角度出發(fā)，在滿足用戶所需 的前提下電費最少；安全性從配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定出發(fā)，使配電變壓器壽命損失最小，構(gòu)建了 同時考慮峰谷電價和配電變壓器壽命損失的影響的電動汽車多目標(biāo)充電優(yōu)化模型。
[0027] (1)目標(biāo)函數(shù)1;壽命損失最小模型
[002引壽命損失優(yōu)化控制智能充電方法，最終目的是使配電變壓器在滿足用戶需求的同 時使得壽命損失最小，送種智能充電方法使式（4)成立，變壓器的壽命損失按照IEC標(biāo)準(zhǔn)進 行計算；
(4)
[0030] 其中，I,是第j輛電動汽車的充電電流，也是本專利要優(yōu)化的量；t,是第j輛電動 汽車的起始充電時間；充電時間6pm到7am被分成N段均勻相等的時間，被分成N段均勻相 等的時間，i是第i段時間間隔，j是第j輛接入的電動汽車，Pi,i是第j輛電動汽車在第i 個時間間隔的充電功率，
'是所有接入的電動汽車在第i個時間間隔中 的壽命損失；
[OOW 似目標(biāo)函數(shù)2;用戶電費最小模型
[0032] 假設(shè)居民小區(qū)開展居民生活用電峰谷分時電價試點工作，谷峰電價將按照"先分 時、后階梯"的原則計算電費，但是本文僅研究居民區(qū)一天的用電負荷，所W暫時不考慮階 梯電價，其中，用電高峰段為每日8時至22時；用電低谷段為22時至次日8時；
[0033] 用戶電費最小模型，最終目的是使配電變壓器在滿足用戶需求的同時使得用戶的 電費最小，即使（5)成立；
(5) (6)
[003引 d為電價，用電高峰期間電價為每千瓦時0.55元，用電低谷期間電價為每千瓦時 0. 35元
是所有接入的電動汽車在第i個時間間隔中的電費；
[0037]做約束條件
[003引上述兩個目標(biāo)函數(shù)需同時滿足約束條件（7)做巧）（10):
(V)
[0040] Im"《I,《Imax 做
[0041] 0)
[0042] 0《t《24 ;00 (10)
[0043] C是每輛電動汽車充電容量，Imi。電動汽車充電的最小電流，Im。、電動汽車充電的最 大電流，t為時間；
[0044] (4)基于峰谷電價和壽命損失的電動汽車多目標(biāo)優(yōu)化智能充電模型
[0045] minFF=(1-p)禮+p沖 （11)
[0046] 式（11)為同時考慮峰谷電價和壽命損失的電動汽車多目標(biāo)優(yōu)化智能充電模型， 使該式最小的解集即為優(yōu)化模型的最優(yōu)解，其中P、l-P為用戶電費和壽命損失的權(quán)重，0 <p< 1，可取P= 0. 4。
[0047] 優(yōu)選地，步驟（4)中，變壓器的壽命損失按照IEC最新標(biāo)準(zhǔn)進行計算。
【附圖說明】：
[0048] 圖1是本發(fā)明提供的一種同時考慮用戶費用和變壓器壽命影響的電動汽車智能 充電方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明提供的一種同時考慮用戶費用和變壓器壽命影響的電動汽車智能 充電方法的優(yōu)化流程圖。
【具體實施方式】：
[0050] 下面根據(jù)附圖1，2對本發(fā)明進行詳細的描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種 優(yōu)選實施例。
[0051] 本發(fā)明提供的一種能考慮用戶費用和變壓器壽命影響的電動汽車智能充電方法， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1，智能充電管理系統(tǒng)將電動汽車車載充電器和電網(wǎng)相連；
[0052] 當(dāng)電動汽車充電器通過充電線W及充電插座和電網(wǎng)相連時，本方法是一種動態(tài)循 環(huán)優(yōu)化方法，考慮電動汽車充電起始時間的隨機性，通過優(yōu)化程序自動設(shè)計出接入電網(wǎng)的 電動汽車的最優(yōu)充電倍率（充電電流），W達到減少配電變壓器的壽命損失和用戶費用的 目的，從而提高配電變壓器的運行效率；
[0053]當(dāng)充電時間到達后，智能充電管理系統(tǒng)閉合充電主繼電器，根據(jù)優(yōu)化程序結(jié)果開 始充電；智能充電系統(tǒng)檢測電動汽車電池電量，充電達到要求后，自動結(jié)束充電。
[0054] 具體優(yōu)化流程如圖2:
[005引 （1)第i輛電動汽車接入插座，準(zhǔn)備充電（i= 1,2...腳；
[0056] (2)智能充電管理系統(tǒng)與電網(wǎng)實時負荷監(jiān)測系統(tǒng)相連，獲得電網(wǎng)實時負荷變化曲 線；根據(jù)電網(wǎng)的過去的負荷變化、環(huán)境因素、社會因素等相關(guān)信息，智能充電管理系統(tǒng)采用 支持