引言

隨著能源危機(jī)和溫室效應(yīng)日益嚴(yán)峻,世界各國政府把新能源充電站的建設(shè)提上了議程。其中,光伏發(fā)電站建設(shè)得到了世界各國的重視,光伏發(fā)電可降低電動汽車對傳統(tǒng)化石燃料的依賴,真正實(shí)現(xiàn)低碳。對于新能源電動汽車充電站而言,在實(shí)際運(yùn)行中由于新能源的功率輸出具有間歇性和不確定性的特點(diǎn),這使得仍有部分需求需要通過從電網(wǎng)購買電能來滿足。

本文在結(jié)合充電站分時電價的基礎(chǔ)上,考慮充電站光伏全額利用和允許棄光兩種情況,提出了新能源充電站能量優(yōu)化管理方案。通過算例驗(yàn)證,并對計(jì)算方案的結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了所提出模型的有效性和合理性。

1新能源充電站結(jié)構(gòu)

現(xiàn)推出一種具有光伏發(fā)電裝置的新能源充電站,該新能源充電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。站內(nèi)設(shè)有8臺充電樁和光伏發(fā)電裝置,每一臺充電樁的充電功率在50kw范圍內(nèi)可調(diào)。新能源充電站擁有站內(nèi)新能源,既能為電動汽車提供充電服務(wù),又能將站內(nèi)新能源的電能反送電網(wǎng)。光伏發(fā)電裝置通過DC/DC交流器連接到DC母線,通過充電機(jī)為電動汽車提供充電功率。

假設(shè)該充電站給100輛電動汽車提供服務(wù)。未來一天內(nèi)新能源充電站從電網(wǎng)購電和向電網(wǎng)售電的電價如表1所示,光伏發(fā)電量如表2所示。固定充電電價為1.5元/kw·h,由一周充電記錄中的某一天來表示用戶未來一天內(nèi)的充電需求。以充電站向電網(wǎng)和用戶售電收入減去其從電網(wǎng)購電的成本為其利潤。在光伏全額利用和允許棄光兩種情況下,計(jì)算和分析未來一天內(nèi)充電站的最大利潤。

2模型的建立

2.1充電站向電網(wǎng)購電成本模型

2.1.1目標(biāo)函數(shù)

將一天24h分為5個時段,記為i(i=1,2,3,4,5),對應(yīng)的時段分別為00:00—06:00、06:00—10:00、10:00—14:00、14:00—18:00、18:00—24:00。記第i時段的購電電價(元)為Ri,購電成本(元)為m,第i時段需要購買的電量(kw·h)對應(yīng)為Qi。由表1可知,R1=0.30,R2=0.75,R3=0.70,R4=0.60,R5=0.80,建立模型:

2.1.2約束條件

式中,Qi,max為該時段需要購買的最大電量,即該時段用戶總需求量,kw·h。

2.2收入模型

2.2.1目標(biāo)函數(shù)

充電站收入由將電能向用戶出售與將新能源發(fā)電(光伏發(fā)電)向電網(wǎng)出售組成。該充電站為100輛電動汽車提供服務(wù),充電電價固定為1.5元/kw·h。記第i時段向電網(wǎng)售電電價(元)為Ai,第i時段向電網(wǎng)出售的光伏發(fā)電電量(kw·h)為Bi,24h總收入為w,24h用戶總需求量為Q。由表1可知,A1=0.20,A2=0.40,A3=0.35,A4=0.30,A5=0.45,建立模型:

2.2.2約束條件

式中,Bi,max為該時段最大光伏發(fā)電電量,kw·h。

2.3利潤模型

式中,wj為24h充電站利潤(凈收入),元。

3模型的求解

3.1數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表2可得100輛電動汽車24h光伏數(shù)據(jù)折線,如圖2所示。

由圖2匯總數(shù)據(jù)可知,全天充電電量(即用戶總需求量)Qhi,ma為2039x36kw·h。各個時段的光伏發(fā)電量均小于用戶需求量。3.2考慮光伏全額利用的兩種極限方案

(1)將光伏發(fā)電電量全部出售給電網(wǎng),僅通過向電網(wǎng)購電來滿足用戶需求。該方案下充電站利潤為1421x82元。

(2)將光伏發(fā)電電量全部出售給用戶,不足的部分再從電網(wǎng)購買。該方案下充電站利潤為1594x37元。

綜上所述,光伏全額利用時,將光伏發(fā)電電量盡可能出售給用戶,不足的部分再從電網(wǎng)購買可以獲得最大利潤,為1594x37元。

考慮允許棄光情況下,由于允許棄光的棄光率可以為0%~100%,所以可計(jì)算方案2下的利潤范圍。完全棄光(棄光率為100%)時,利潤為1268x97元:完全不棄光(棄光率為0%)時,利潤即為光伏全額利用時的利潤1594x37元。

4結(jié)語

本文研究了新能源充電站的能量優(yōu)化管理,在考慮電網(wǎng)、充電站和電動汽車用戶3個利益主體的情況下,得出充電站在完全不棄光(棄光率為0%)時,充電站利潤能達(dá)到最大,利潤即為光伏全額利用時的利潤。