摘要：随着社会经济的发展，我国的电动汽车数量不断增加，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。
关键词：新能源；电动汽车；光伏；充电站
引言
近年来，随着国家和各地新能源电动汽车政策不断出台，新能源电动汽车的发展迎来了前所未有的契机，因此如何加快配套新能源电动汽车充电设施建设的意义就显得特别重大。开展对新能源电动汽车充电设施建设的策略性研究、布局规划和试点工程，将对实现新能源的替代，优化能源的结构，拓展清洁能源的使用具有重要意义。
1建立新能源充电模型步骤分析
1）首先对数据进行处理，选取周天的数据，将周天的充电时刻进行换算，时间制换算成小数点制。对时间进行分段，对每一段内包含的电动汽车数量及每个电动汽车开始充电的时间、充电时长、充电电量进行详细统计。2）根据得出的数据，建立改进的排队论模型，将电动汽车不同时间来充电和充电时长不同，进行排队，按照先到先充的原则，将各个车辆进行排序，按照时间顺序依次充电。考虑到充电桩一共只有8个，属于有限资源的排队论，而且各个充电时长的不同，造成了等待不是一个必要条件。为了使充电等待情况更加合理，通过资料搜寻，得出人们最优的等待时间为6min，所以，若在6min内，充电桩还是满充电状态，电动汽车将不会充电并离去。
2模型的建立
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。
表1新能源充电站向电网售电及从电网购电的电价
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：
2.3建立规划模型
利用排队论求出时间点，统计出对应时间点电动汽车的充电时间和充电电量，综合考虑充电电量及时长、每小时充电功率、每个时间段光伏发电量及总用电量、每阶段售电电价及购电电价等诸多因素的影响，根据已知条件，便可建立规划模型。总的用电量为每个时间点充放电量的总和，将一天内每个时间点内充电汽车的车辆量进行求和，在每个时间点内，将充电功率、汽车的时长，以及加入光伏充电后等以系列作为约束条件，每时段的利润为光伏电网在该时段内售电量和给充电汽车充电的电量，再乘以单位电价。总的利润为每个时段的相加。
2.4模型的求解
2.4.1数据分析
全天充电电量（即用户总需求量）Qi，max为2039.36kW·h。各个时段的光伏发电量均小于用户需求量。
2.4.2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1594.37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。
3电动汽车充电装置存在的设备建设问题和设备建设建议
在提高新能源汽车充电设备和设施的运行效率方面，目前还存在以下几个问题：1）用电成本高，价格贵，必须寻求新的电力提供方式。市场的新能源电动汽车充电站一般按照峰电谷电不同时间不同电价来收费，再加上组织团体服务费，价格比起民用电费用不便宜，导致很多时候，新能源电动车的出行成本甚至和燃油车相差无几。部分地区有固定车位的车主，可以自建充电站，这样在出行成本上可以达到优，也免除了在外充电的困扰，不过对于大部分城市而言，这毕竟只是少数。并且自建充电站还要面临与物业、电力管理部分之间复杂的关系，协商起来非常麻烦。作者认为新能源光伏充电站是降低电价的首选。2）标准不统一，兼容性不足，呼吁有关充电站的国家标准早日出台。公共充电设备———电桩和专用充电设备桩的管理部门不同，分别由政府和民营组织运营，因而采用不同的充电卡或APP客户端支付，没有统一的标准，用户在使用时会遇到很多困难和不便。从新能源电动汽车目前的发展来看，充电速度还不够理想，即便是快充也需要较长的等待时间，而公共充电站的充电环境一般并不理想，等待时间也较长。3）缺乏管理，损毁、被占用较多，必须制定地方的管理条例。公共充电站也相当于是一种共享的社会资源，并且对于车主自助式体验非常友好，但这也带来缺乏管理上的一个弊端。部分车主不规范的使用充电站以及开放环境下外部人为因素的破坏，使得公共充电站的损坏率较高，不能保证正常使用。并且，由于停车位的紧张，在公共停车场的充电站容易被燃油车霸占，这让很多电动汽车车主望“站”兴叹。
结束语
综上所述，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。
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论文作者:张琨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/22
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