易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要

既有居住社區(qū)充電設(shè)施面臨電網(wǎng)容量不足、負(fù)荷峰谷差顯著、用戶行為隨機(jī)性強(qiáng)等挑戰(zhàn)。本文提出一種融合雙向能量互動(dòng)機(jī)制的實(shí)時(shí)優(yōu)化方法，通過擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）實(shí)現(xiàn)電池荷電狀態(tài)（SOC）的高精度估計(jì)，結(jié)合動(dòng)態(tài)電價(jià)響應(yīng)模型，構(gòu)建“電網(wǎng)-充電樁-用戶”協(xié)同調(diào)度框架。實(shí)驗(yàn)表明，該方法在1.2MW充電場(chǎng)景中，負(fù)荷峰谷差降低42%，用戶充電成本減少28%，且變壓器過載風(fēng)險(xiǎn)下降65%，為老舊社區(qū)充電設(shè)施智能化改造提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：雙向能量互動(dòng)；削峰填谷；SOC估計(jì)；動(dòng)態(tài)電價(jià)響應(yīng)；負(fù)荷重構(gòu)

引言

截至2023年，我國(guó)既有社區(qū)電動(dòng)汽車充電樁覆蓋率不足30%，且75%的社區(qū)存在配電容量超限風(fēng)險(xiǎn)（國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)）。傳統(tǒng)充電策略難以適配動(dòng)態(tài)負(fù)荷需求，導(dǎo)致“高峰搶電、低谷閑置”現(xiàn)象突出。現(xiàn)有研究聚焦單向充電控制[1]或靜態(tài)容量規(guī)劃[2]，缺乏對(duì)電網(wǎng)雙向互動(dòng)潛力與用戶行為不確定性的協(xié)同優(yōu)化。本文創(chuàng)新性提出雙向能量互動(dòng)架構(gòu)，通過SOC動(dòng)態(tài)感知與實(shí)時(shí)電價(jià)激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷時(shí)空重構(gòu)，推動(dòng)社區(qū)能源系統(tǒng)向“產(chǎn)消者”模式轉(zhuǎn)型。

既有社區(qū)充電系統(tǒng)瓶頸分析

3.1 電網(wǎng)-設(shè)施-用戶三元矛盾

電網(wǎng)側(cè)：老舊社區(qū)變壓器容量普遍低于800kVA，集群充電功率超500kW時(shí)過載概率達(dá)82%[3]；

設(shè)施側(cè)：公共充電樁日均利用率不足15%，但高峰時(shí)段排隊(duì)率超60%；

用戶側(cè)：充電行為呈現(xiàn)“晚高峰集中、谷期分散”特征（圖1），用戶價(jià)格敏感度差異顯著。

3.2 技術(shù)短板：靜態(tài)調(diào)度與低精度感知

現(xiàn)有系統(tǒng)依賴固定功率分配與簡(jiǎn)單SOC估算（如安時(shí)積分法），導(dǎo)致：

SOC估計(jì)誤差>10%，引發(fā)充電中斷或過充風(fēng)險(xiǎn)；

缺乏對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)電價(jià)與負(fù)荷狀態(tài)的響應(yīng)能力，無(wú)法挖掘用戶充電彈性（實(shí)驗(yàn)顯示用戶可調(diào)度潛力達(dá)53%）。

雙向互動(dòng)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)

4.1 EKF-SOC動(dòng)態(tài)感知模型

4.2 基于Stackelberg博弈的動(dòng)態(tài)電價(jià)激勵(lì)

設(shè)計(jì)“電網(wǎng)-用戶”主從博弈模型：

電網(wǎng)側(cè)：發(fā)布分時(shí)電價(jià)信號(hào)，引導(dǎo)負(fù)荷轉(zhuǎn)移；

用戶側(cè)：以充電成本最小化為目標(biāo)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電時(shí)段。 仿真表明，用戶谷期充電比例從18%提升至57%。

4.3 負(fù)荷時(shí)空重構(gòu)算法

提出“三階段”優(yōu)化流程：

空間重構(gòu)：按車位位置劃分充電集群，限制局部功率密度；

時(shí)間削峰：基于EKF-SOC預(yù)測(cè)結(jié)果，優(yōu)先調(diào)度高彈性用戶；

安全校驗(yàn)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)載率，觸發(fā)功率動(dòng)態(tài)限流（圖3）。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 場(chǎng)景設(shè)置

硬件：部署AcrelCloud-9000平臺(tái)，集成60kW直流樁與7kW交流樁；

數(shù)據(jù)：采集上海某老舊社區(qū)300輛電動(dòng)汽車的充電行為數(shù)據(jù)。

5.2 性能對(duì)比

結(jié)論

本文提出的雙向互動(dòng)優(yōu)化方法，通過SOC動(dòng)態(tài)感知與負(fù)荷時(shí)空重構(gòu)，顯著提升既有社區(qū)充電設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性與安全性。未來將進(jìn)一步研究分布式能源接入下的多主體協(xié)同調(diào)度機(jī)制，助力社區(qū)級(jí)“虛擬電廠”建設(shè)。

審核編輯 黃宇