摘要
國網山東省電力公司東營供電公司、山東科技大學電氣與自動化工程學院、東營方大電力設計規劃有限公司的研究人員宋健、李夢佳等，在2018年第8期《電氣技術》雜誌上撰文指出，隨著電動汽車的增多，電動汽車無序充電會給電網運行帶來較大的負面影響。同時，隨著電力市場改革，實施分時電價是必然的選擇，通過合理設置充放電分時電價能夠引導電動汽車用戶的有序充放電。
本文以私家車為研究對象，根據用戶的充電持續時間、充電開始時間特徵進行K-均值聚類分析得到用戶日常的充電規律，建立減少電網波動及減少用戶用電成本的目標函數，最後通過布穀鳥搜索算法進行最佳分時電價的求解。通過小區實際負荷實例驗證此分時電價調度策略能夠有效的減少用戶用電成本，改善電網運行狀況。
隨著公民環保意識增強及國家的大力提倡綠色出行，電動汽車數量增多。電動汽車具有節能環保，運行費用低等優點，電動汽車電池具有容量大，可隨時充放電的特性。如果能把這些電動汽車的電池充分利用起來，在電網負荷低谷時接入電網進行充電，在處於高峰時段或者其他特殊情況把電池電量返回到電網，就能夠起到對電網的負荷轉移、負荷調節、旋轉備用的功能，反之，則會加重電網的負擔。
最近，隨著電力市場改革，國家也制定了一些政策來促使用戶的負荷轉移，其中有一項就是設置分時電價，同理，較多的電動汽車充放電引起的能量供需波動是影響電網穩定運行的重要因素，因而可以通過計算合理設置充放電分時電價來引導用戶的充放電行為，達到穩定電網的作用，同時減少用戶的用電費用。
國內外對電動汽車的充放電行為的研究已經取得了很大進展。文獻[5]提出了基於博弈論的充放電策略，考慮每一個電動車的充放電行為都會對整體的控制策略產生影響，然後求解納什均衡點，結果表明能夠減少局域網負荷波動。
文獻[6]研究了自然充電與有序充放電策略下對電網負荷的影響，通過對電動汽車進行有序充放電管理能夠減少電網的波動，但沒有考慮用戶效益的問題。為提高用戶滿意度和減少峰谷差，文獻[7]提出了基於分時電價的電動汽車的有序充電控制策略，結果表明若受分時電價影響的用戶越多，對於抑制局域配電網的負荷的波動越有利。
目前對於電動汽車負荷模型的建立主要是採用蒙特卡洛模擬方法，這是一種基於概率和統計理論隨機模擬方法，但是這種方法存在模擬不準確的問題，不能準確計算電動汽車負荷。在日常生活中由於電動汽車充電功率、每天行駛距離及充電開始時間具有隨機性，本文根據用戶的實際充電特性，包括充電開始時間及充電持續時間，使用聚類算法對用戶的充電行為進行聚類分析，發現用戶的充電規律，推導出充電持續時間和充電開始時間的概率密度。
研究分時電價策略的同時，根據充放電電量與電價變化的關係，通過引入分時電價來引導用戶有序充放電，從而避開電網負荷高峰期，建立以減少電網波動和用戶費用的優化模型。採用布穀鳥搜索算法進行求解，得到峰谷分時電價和用戶的充放電計劃。通過實例仿真驗證此分時電價策略的有效性，達到了通過計算設置分時電價，引導電動汽車有序充放電的優化目的。
圖1 電動汽車充電特性K-均值聚類圖
結論
電動汽車充放電的有序控制對電網的穩定運行具有重要的意義，本文以分時電價為背景，以提高用戶參與度為手段，採用K-均值聚類對電動汽車的用戶的充電特性進行分析，發現用戶的充電規律，推導出充電開始時間概率密度和充電持續時間概率密度。建立一個多約束，多變量的函數方程，通過布穀鳥搜索算法進行求解分時電價。
以某小區負荷為例，計算了分時電價下的電網的波動率和峰谷差及用戶的經濟效益。研究表明，此分時策略能夠起到削峰填谷，減少用戶成本的作用，若以後能和智能電網及家庭微電網連接起來，則能夠更好的提高電動汽車的使用效率，並更好的保證電網的穩定運行。
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