新能源充电站能量优化管理

引言

随着能源危机和温室效应日益严峻,世界各国政府把新能源充电站的建设提上了议程。其中,光伏发电站建设得到了世界各国的重视,光伏发电可降低电动汽车对传统化石燃料的依赖,真正实现低碳。对于新能源电动汽车充电站而言,在实际运行中由于新能源的功率输出具有间歇性和不确定性的特点,这使得仍有部分需求需要通过从电网购买电能来满足。

本文在结合充电站分时电价的基础上,考虑充电站光伏全额利用和允许弃光两种情况,提出了新能源充电站能量优化管理方案。通过算例验证,并对计算方案的结果进行对比,验证了所提出模型的有效性和合理性。

1新能源充电站结构

现推出一种具有光伏发电装置的新能源充电站,该新能源充电站的系统结构如图1所示。站内设有8台充电桩和光伏发电装置,每一台充电桩的充电功率在50kw范围内可调。新能源充电站拥有站内新能源,既能为电动汽车提供充电服务,又能将站内新能源的电能反送电网。光伏发电装置通过DC/DC交流器连接到DC母线,通过充电机为电动汽车提供充电功率。

假设该充电站给100辆电动汽车提供服务。未来一天内新能源充电站从电网购电和向电网售电的电价如表1所示,光伏发电量如表2所示。固定充电电价为1.5元/kw·h,由一周充电记录中的某一天来表示用户未来一天内的充电需求。以充电站向电网和用户售电收入减去其从电网购电的成本为其利润。在光伏全额利用和允许弃光两种情况下,计算和分析未来一天内充电站的最大利润。

2模型的建立

2.1充电站向电网购电成本模型

2.1.1目标函数

将一天24h分为5个时段,记为i(i=1,2,3,4,5),对应的时段分别为00:00—06:00、06:00—10:00、10:00—14:00、14:00—18:00、18:00—24:00。记第i时段的购电电价(元)为Ri,购电成本(元)为m,第i时段需要购买的电量(kw·h)对应为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约束条件

式中,Qi,max为该时段需要购买的最大电量,即该时段用户总需求量,kw·h。

2.2收入模型

2.2.1目标函数

充电站收入由将电能向用户出售与将新能源发电(光伏发电)向电网出售组成。该充电站为100辆电动汽车提供服务,充电电价固定为1.5元/kw·h。记第i时段向电网售电电价(元)为Ai,第i时段向电网出售的光伏发电电量(kw·h)为Bi,24h总收入为w,24h用户总需求量为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约束条件

式中,Bi,max为该时段最大光伏发电电量,kw·h。

2.3利润模型

式中,wj为24h充电站利润(净收入),元。

3模型的求解

3.1数据分析

根据表2可得100辆电动汽车24h光伏数据折线,如图2所示。

由图2汇总数据可知,全天充电电量(即用户总需求量)Qhi,ma为2039x36kw·h。各个时段的光伏发电量均小于用户需求量。3.2考虑光伏全额利用的两种极限方案

(1)将光伏发电电量全部出售给电网,仅通过向电网购电来满足用户需求。该方案下充电站利润为1421x82元。

(2)将光伏发电电量全部出售给用户,不足的部分再从电网购买。该方案下充电站利润为1594x37元。

综上所述,光伏全额利用时,将光伏发电电量尽可能出售给用户,不足的部分再从电网购买可以获得最大利润,为1594x37元。

考虑允许弃光情况下,由于允许弃光的弃光率可以为0%~100%,所以可计算方案2下的利润范围。完全弃光(弃光率为100%)时,利润为1268x97元:完全不弃光(弃光率为0%)时,利润即为光伏全额利用时的利润1594x37元。

4结语

本文研究了新能源充电站的能量优化管理,在考虑电网、充电站和电动汽车用户3个利益主体的情况下,得出充电站在完全不弃光(弃光率为0%)时,充电站利润能达到最大,利润即为光伏全额利用时的利润。