基于智能电网的电动汽车绿色充电调度算法研究

摘要

面对全球变暖、空气污染等困境，电动汽车以其良好的环保特性，成为各国大力支持的产业。然而，研究显示，如果电动汽车使用的电能完全来自于化石燃料，电动汽车所产生的 CO2和空气污染物的排放量将超过普通燃油汽车。因而，越来越多的电动汽车充电站将配置一定的光伏发电设备来供应电动汽车充电所需电能。但是由于光伏发电量的波动较大，为了保证充电站的服务质量，充电站需同时接入常规电网，当光伏发电功率不足以满足充电需求时，由电网来补足差额功率。如果缺乏合理有效地充电调度策略，电动汽车随机地进行充电，必然会导致光伏发电量与充电需求量之间的不匹配。当光伏发电功率大于充电站充电负载总功率时，会造成光伏发电量的浪费；当光伏发电功率小于充电站充电负载总功率时，充电站不得不利用电网电能来补足差额功率。可见，使用合理有效的充电调度机制，使光伏发电供给量与充电需求量尽可能匹配，提高光伏发电量的利用率，降低充电站对电网电能的依赖度，可以有效减少因电动汽车的使用而导致的空气污染。因此，以提高光伏发电量利用率为目标的电动汽车充电调度算法是至关重要的。 本文基于拍卖理论设计了三种光伏充电站电量拍卖机制，针对每一种电量拍卖机制提出了相应的定价算法，并从经济学角度对这些定价算法进行了分析，最后，通过仿真验证了其性能。 本文提出的三种光伏充电站电量拍卖机制分别为： （1）充电站独立电量拍卖 每个充电站独立的对光伏发电量进行拍卖，用户参与竞拍时，向充电站发送其需求电量及愿意支付的最高单价，充电站根据收到的出价，由高至低选择竞拍成功的用户直至光伏发电量分配完毕。 （2）分段出价的充电站独立电量拍卖 分段出价的充电站独立电量拍卖是对上述拍卖机制的改进，用户可对一部分电量给出较高出价，保证所急需电量的竞拍成功概率，对另一部分电量给出较低出价，使用户在光伏发电量充足时，获得较低电价。通过这种灵活的出价方式，增加了用户的需求电量，当光伏发电量十分充足时可以进一步提升光伏发电量的使用率。 （3）多充电站协同电量拍卖 多充电站协同电量拍卖系统将一个区域内的充电站的光伏发电量统一进行拍卖，用户可以同时参与多个充电站的拍卖。这种拍卖机制可以实现多个充电站之间的负载均衡，提高了多个充电站的整体光伏发电量使用率。 基于拍卖机制的调度算法与文献中常见的直接控制功率的调度方法及价格引导的调度方法相比，其优点在于——用户可以主动选择充电时间，避免了用户被动接受充电调控所带来的不便；基于拍卖理论设计的定价算法使价格随市场供求关系变化，对于充电站和用户来说均公平公正；拍卖算法可以实现充电站负载的精确控制。

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