基于PSASP的电动汽车充电站动态负荷建模

引言

电动汽车充电站不仅为电动汽车的规模化推广提供了能源保障,还能提高电力系统运行调度的灵活性。充电站的主要功能在于通过输出大小不同的有功功率为各类电动汽车充电,因而对于电力系统而言,充电站实际上可视为恒功率负荷。本文根据三类典型的电动汽车充电站的动态负荷分布规律,借助中国电力科学研究院的电力系统分析综合程序(PSASP）中提供的用户自定义模型模块(UD）分别对此三类充电站的日负荷曲线进行建模,以表征典型充电站的动态负荷模型,从而为电力系统分析相关计算提供参考。

1电动汽车充电站的动态负荷模型

1.1充电站动态负荷建模的影响因素

电动汽车充电站的负荷建模需要考虑的因素繁多,涉及电力系统运行、控制和管理的方方面面,主要因素包括:电动汽车的动力电池特性、电动汽车的运行规律、电动汽车的电能补给方式、电动汽车的发展规模、充电站的类型及建设布局和规模等[1]。其中,电动汽车的运行规律与充电站的建设布局作为不同类型的充电站的负荷分布规律研究依据:电动汽车的动力电池特性及发展规模、充电站的规模则作为不同类型充电站的负荷大小研究依据。一般而言,充电站的负荷特性具有周期性,且周期为一天,通过研究日负荷曲线的分布规律来表征充电站的动态负荷分布规律,根据不同类型的充电站动态负荷分布规律,将充电站分为电池更换站、居民区充电站和公共场所充电站三类。

1.2电池更换站的动态负荷模型

由于电池更换站主要应用于公共乘用车,这类车辆的运行规律稳定,一般白天运行、晚上休息,故车用电池组的充电策略为:在电网负荷较轻时,即半夜到凌晨时间段进行集体充电:而在电网负荷较重时,即白天上班时间段和晚上用电高峰时间段暂不充电。考虑到电池更换站充电过程可视为恒功率负荷,因此可以得出表征电池更换站动态负荷模型的日负荷

曲线表达式,如式(1）所示:

式中,Ph为电池更换站的负荷功率:P为充电时负荷功率:71、72分别为电池集体充电的起始时间和终止时间。

1.3居民区充电站的动态负荷模型

电动汽车常规充电时长为3～5h,在居民区内配备专用充电停车位,允许车辆长时间停放充电,故居民区充电站主要采用常规充电方式。根据居民区的作息规律和常规充电方式

的特点,可以假定居民区充电站的电动汽车充电的时间为午休时间段和晚上休息时间段。考虑到居民区充电站采用常规充电方式,充电过程可视为恒功率负荷,因此可以得出表征居民

区充电站动态负荷模型的日负荷曲线表达式,如式(2）所示:

式中,P1为居民区充电站的负荷功率:P为充电时负荷功率:71、72分别为第一次充电的起始时间和终止时间:73、74分别为第二次充电的起始时间和终止时间。

1.4公共场所充电站的动态负荷模型

电动汽车进行一次快速充电时长为0.5～1h,在商业区、商场等人车流量大的公共场所,由于受场地条件的限制,电动汽车不能长时间停放充电,故公共场所充电站主要采用快速充电方式。电动汽车进行快速充电具有时间随机性大的特点,文献[2]针对这个问题进行了研究,提出了电动汽车充电整体规律应服从正态分布,考虑到公共场所充电站采用快速充电方式,充电过程可视为恒功率负荷,因而采用将日负荷曲线分成时长不等、充电功率不同的11段恒功率负荷曲线的方式来反映。因此可以得出表征公共场所充电站动态负荷模型的日负荷曲线表达式,如式(3）所示,其日负荷曲线如图1所示。

式中,Pg为公共场所充电站的负荷功率:P1～P6为由大到小排列的充电时负荷功率:71a～71b,72a～71a,71b～72b,73a～72a,72b～73b,74a～73a,73b～74b,75a～74a,74b～75b,76a～75a,75b～76b为由长到短排列的充电时间段长度。

2PSASP中的动态负荷模型

PSASP设计了用户自定义建模方法,即用户自定义模型模块(UD）,利用UD根据三类充电站的日负荷曲线分别建立动态负荷模型后,可以根据需要将模型接入PSASP中的电力系统以进行潮流、暂稳等计算,潮流模块(LF）与用户自定义模型模块(UD）的交互过程如图2所示。图2中,PL0为接入充电站模型节点原来所带的有功负荷:PL为节点接入充电站模型后所带的有功负荷。

2.1电池更换站的UD模型

电池更换站的UD模型根据表征电池更换站动态负荷模型的日负荷曲线,先设定电池更换站充电过程中接入配电网的时间段,再在相应的配网接入节点的原有功功率基础上增加相应的充电有功功率,其UD模型如图3所示。

2.2居民区充电站的UD模型

居民区充电站的UD模型根据表征居民区充电站动态负

荷模型的日负荷曲线,先设定居民区充电站的两个接入配电

网的时间段,再在相应的配网接入节点中增加相应的充电有

功功率,其UD模型如图4所示。

2.3公共场所充电站

公共场所充电站的UD模型根据表征公共场所充电站动态负荷模型的日负荷曲线,先设定公共场所充电站接入配电网的11个时间段,再在相应的配网接入节点中增加相应的充电有功功率,其UD模型与图4类似,但增加了接入的充电时间段段数,以表征其日负荷曲线满足正态分布的规律,此处不再赘述。

3结语

本文基于PSASP中的用户自定义模型模块(UD）,根据表征电池更换站、居民区充电站、公共场所充电站动态负荷模型的日负荷曲线,分别建立了三类电动汽车充电站的模型,可为电力系统进行潮流、暂稳等计算提供参考。