王红娟
山西运能电力科技有限公司运城新源分公司 山西 运城 044000
摘要：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。
关键词：新能源；电动汽车；光伏；充电站
随着电动汽车的增加，建设新能源充电站成为电动汽车领域的另一发展热点。现根据充电站分时电价，以充电站在光伏全额利用和允许弃光两种情况下的最大利润为目标，对充电站的能量优化管理进行了探讨。
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50 kW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。
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图1 新能源充电站结构
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24 h分为5个时段，记为（=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。记第时段的购电电价（元）为R，购电成本（元）为m，第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：
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（1）
表1 新能源充电站向电网售电及从电网购电的电价
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表2 100辆电动汽车的24 h光伏发电量
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2.1.2 约束条件
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（2）
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。记第时段向电网售电电价（元）为Ai，第时段向电网出售的光伏发电电量（kW·h）为Bi，24 h总收入为W，24 h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：
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（3）
2.2.2 约束条件
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（4）
式中，Bi,max为该时段最大光伏发电电量，kW·h.
2.3 利润模型
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（5）
式中，Wj为24 h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24 h光伏数据折线，如图2所示。
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图2 100辆电动汽车24 h光伏数据折线
由图2汇总数据可知，全天充电电量（即用户总需求量）Qi,max为2039.36 kW·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1421.82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1 594.37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1594.37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1268.97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1594.37元。
4 新能源电动汽车充电设施的未来发展方向
随着科技的不断发展，智能化、自动化将成为未来新能源汽车充电设施发展的主流。在电力稳定问题得到解决的基础上，通过与相关厂家和研究机构合作，将网络通信技术融入到汽车厂商的终端营销网络和营销经验中，充分满足市场需求，形成完整的产业链，为电动汽车用户提供更好的充电服务。与此同时，随着市场竞争的日益激烈，仅靠单一的经营手段难以完成充电站的投资与经营管理。唯有团结行业各方，才能在分担巨大投资压力的同时，更加科学地推广充电设施，使新能源汽车充电设施成为新的产业链，为社会经济发展做出更大贡献。此外，随着社会科技的不断发展，人们对交通出行便利度的要求也越来越高。尽管现在的充电站已经遍及城市的每一个角落，但是充电速度慢、配电率低的问题仍然严重制约着电动车的发展。今后，充电站的发展还需向更快的充电速度和更普及的设备方向发展。唯有更方便的出行方式，电动汽车才能真正普及，成为人们日常出行不可缺少的交通工具，才能在为人们提供方便的同时，真正节能减排。
5 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。
参考文献
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[2]刘杰.计及需求响应的电动汽车光伏充电站能量管理策略[D].北京：华北电力大学，2015.
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