文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

前言

(资料图片仅供参考)

电动汽车作为当前最具发展潜力的新能源交通工具，正日益成为汽车工业发展的战略制高点，与之配套的充（换）电站作为电动汽车的关键基础设施，在近年来得到了快速发展。

由于电动汽车具有行驶速度快、载重大、出行距离远等特点，使得电动汽车充（换）电站在给用户带来便捷服务的同时，也面临着充电需求高、充电负荷时间分布不均衡和负荷峰谷差大等挑战。

随着近年来智能电网和可再生能源技术的发展，一种具有分布式发电和储能技术被提出并被认为是解决电动汽车大规模充电问题的最佳方案。

但电动汽车充电过程中的放电行为、负荷特性、 DG容量等方面都对电动汽车充电站储能系统运行产生影响。

在电动汽车充电站功率预测与优化控制方面进行了研究，采用模糊推理系统建立了基于分层递阶控制结构的混合智能优化模型，通过模糊推理系统对模糊规则进行修改，将分层递阶控制结构应用于混合智能优化控制中。

专家提出一种基于小波分析和模糊理论的 DG容量优化配置方法，将 DG容量优化配置问题转化为小波分析问题。文献[3]提出了基于多智能体控制的 DG充放电协同优化方法，能够充分发挥 DG和 ES各自的优势，降低了储能系统运行成本。

专家提出一种基于多智能体控制的储能系统充放电协同优化方法，将多智能体控制应用于储能系统充放电过程中以提高运行效率。

专家提出一种基于模糊理论的 DG出力最优预测方法，该方法可以准确预测 DG出力并满足储能系统运行需求。我们提出一种基于模糊理论和双层规划模型的 DG容量优化配置方法，该方法能够在保证储能系统安全运行的前提下实现 DG容量优化配置。

专家提出一种基于模糊理论和神经网络模型的 DG能量管理策略，通过对电网中负荷波动特性进行分析，确定不同时刻 DG最佳工作区间，并基于此设定储能系统工作时间和充放电功率。

专家提出一种基于模糊理论和模糊逻辑方法的 DG充放电协同优化方法，该方法考虑了电池内荷电状态和 SOC状态对 DG充放电功率的影响。

专家提出一种基于模糊理论和神经网络模型的 DG最优充放电功率控制策略，该策略可以有效提高储能系统运行效率。

综上所述，目前已有众多学者针对电动汽车充电站储能系统运行优化展开了研究。然而，在考虑电动汽车多模式充电需求、充电桩能量调度以及 DG功率配置等方面仍存在着不足。

因此，本文提出一种基于光伏发电与储能技术相结合的光储充电站优化运行策略，通过对光伏发电、储能系统以及电动汽车充电各环节进行优化协调控制，实现光储充电站综合效益最大化。

本文首先对电动汽车充电站充电模式进行分析，并对光伏发电与储能系统进行数学建模；然后根据光伏发电和储能系统特性建立含风光互补和光储充电站混合运行模型；最后以电动汽车充电为研究对象提出光储充电站优化运行策略。

光储充电站结构及运行模式

电动汽车充电站具有容量大、充放电速度快、充电效率高、环境污染小等特点，因此其是构建低碳绿色交通的重要组成部分。

电动汽车充电设施可以分为电动汽车充电站、电动汽车充电桩群和电动汽车充电站四种类型，其中电动汽车充电设施作为一种新兴的可再生能源发电设备，其系统结构与传统的风力发电和光伏发电系统有较大的区别。

光伏发电是一种将太阳能直接转化为电能的装置，其主要由光伏组件、逆变器等组成，通过对太阳光线进行截获与转换实现对太阳能电池板的控制。

在太阳光照条件下，光伏组件会将光能转化为电能并储存在蓄电池中，而在夜间，由于蓄电池的工作效率较低，此时其将会将多余的能量以热的形式释放出来。

当用户对电能有需求时，可通过相应的软件程序从蓄电池中取出所需电能。而对于充电站而言，其主要由充电单元和控制系统组成。

控制系统：主要包括控制器和执行机构两部分，控制器通过对蓄电池进行充放电控制来实现对电动汽车充电过程的控制；执行机构负责根据用户需求来完成对电动汽车充电过程的控制。

光储充电站可分为以下两种模式：一种是光伏发电-蓄电池-充放电控制器模式；另一种是光伏发电-蓄电池-充放电控制器模式。

光伏发电主要包括光伏组件、逆变器和储能系统三个部分。其中，光伏组件通常安装在屋顶上；逆变器将光能直接转化为交流电；储能系统则负责为电池充电、放电。本节中所描述的光储充电站采用的是一种“光伏+储能”的模式，其运行模式所示。

光储系统包含光伏组件、逆变器和储能系统三个部分，光伏组件可以将光能直接转化为电能；逆变器则对电池进行充电；储能系统则负责在白天将充电后的电能储存起来，以备夜间放电使用。

电动汽车充电桩由充电桩本体和控制系统两部分组成。其中，充电桩本体由充电机、充电机控制器和充电接口等组成。在充电过程中，充电机根据电池的充电状态进行工作；当充电完成时，充电口输出停止工作。

电动汽车充电桩群由多个电动汽车充电桩组成，它们通过通信模块与控制系统连接在一起，负责给电动汽车进行充电服务。

根据我国电动汽车充电桩建设现状及发展趋势，结合国内相关研究成果并根据电动汽车行业发展现状及政策需求，本节提出以下两种电动汽车充电站运营模式：一种是“光伏+充电”模式；另一种是“光伏+储能”模式。

多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略

考虑到光储充电站的运营模式，为使各运行模式有效结合，实现光储充电站储能系统的最优运行，提出了一种多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略。

首先，在充电模式下，利用光伏发电提供的电力作为充电站的直流电源，利用电池储能系统作为其备用电源，当光伏发电不足时，充电站能够通过蓄电池向光储充电站提供直流电能。根据本文提出的光储充电站储能系统运行模式，建立光储充电站的数学模型。

在充电模式下，需要考虑三种运行模式间的相互影响。为保证电动汽车能够在最佳充电时段完成充电过程，必须尽可能保证电动汽车在最佳充电时段完成充电。

根据电动汽车实时状态信息，可以确定出电动汽车的最佳充电功率区间。当电动汽车所处环境温度较高时，需要在最大程度上保证电动汽车电量消耗与电池寿命的平衡；当环境温度较低时，需要在最小程度上保证电池容量消耗与充放电功率之间的平衡。

为使电动汽车能够在最佳充电时段完成充电过程，需要将光储充电站储能系统所存储的电能作为其备用电源；同时考虑到电动汽车的状态变化规律与电池寿命周期内剩余电量的变化规律存在一致性。

因此可以建立一个蓄电池储能系统日运行成本函数来描述电动汽车与储能系统之间的相互影响。考虑到蓄电池储能系统的长期运行成本为总成本函数中的固定成本部分；同时考虑到短期运行成本主要取决于锂电池维护费用、充电站运营维护费用以及电网调度等因素。

因此本文提出了一种基于锂电池维护费用与充电电量利用率作为短期运行成本函数来描述锂电池与储能系统之间的相互影响。

从中可以看出光储充电站储能系统的运行模式在一定程度上影响了充电站出力与充电功率。为了充分发挥储能系统的作用，需要对不同运行模式进行协调调度。以光储充电站为例进行分析。

当光伏发电不足时，采用光伏发电与蓄电池储能系统联合运行模式来补充光伏发电不足带来的影响；当电动汽车充电需求不足时，采用光储充电站储能系统与电动汽车联合运行模式来缓解电动汽车充电困难。

笔者观点

本文以电动汽车充换电与光伏发电系统互补为背景，以光储充电站储能系统为研究对象，提出了多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略，在考虑光储发电与电动汽车充电需求的同时。

通过对电动汽车充电与光伏发电系统的功率特性进行分析，制定了光储充电站储能系统与电动汽车充换电系统的协调控制策略，为提升光储充电站储能系统的经济性能提供了理论依据。

本文针对当前电动汽车充电站发展中面临的关键问题，结合多模式融合的特点，提出了多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略，并对所提策略进行了详细阐述。

该策略将充换电模式与光伏发电模式相结合，建立光储充电站储能系统模型，在此基础上考虑储能设备成本、环境成本和经济成本等多方面因素，构建了光储充电站储能系统经济性能指标。

然后对电动汽车充电、光伏发电两种模式进行分析，得到其功率特性曲线和功率波动特征值。在此基础上提出了光储充电站储能系统与电动汽车充换电相结合的多模式融合控制策略，从运行模式、功率协调控制和能量管理三个方面对该策略进行了详细阐述。

最后，针对多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略进行了算例分析。通过在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型验证所提策略的有效性。

本文所提策略，能够在一定程度上提升电动汽车充换电与光伏发电系统互补的经济性和可靠性，为提高电动汽车充换电与光伏发电系统互补的经济性和可靠性提供了理论依据和技术支撑。

该策略中的多模式融合控制策略，能够根据光储充电站储能系统与电动汽车充换电相结合时不同运行模式的特性进行自适应控制，且该策略对光储充电站储能系统与电动汽车充换电相结合时，不同运行模式的协调控制策略进行了详细阐述。

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