李 欣，楊景旭，劉艷萍，曾順奇，黃國(guó)華

（1. 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣東 廣州 510620；2. 廣州市奔流電力科技有限公司，廣東 廣州 510670）

0 引言

近年來(lái)，在碳減排和環(huán)境保護(hù)需求的驅(qū)動(dòng)下，電動(dòng)汽車EV（Electric Vehicle）迅猛發(fā)展，中大型充電站的運(yùn)行可能使配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)接近載荷極限［1-2］，若只通過(guò)1 條10 kV 饋線供電，常常會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的過(guò)載問(wèn)題。為此，從負(fù)荷控制的角度出發(fā)，一般可以通過(guò)改善負(fù)荷的時(shí)空特性［3-4］來(lái)解決饋線過(guò)載問(wèn)題。但如何銜接配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行，以提高充電負(fù)荷的調(diào)控潛力、改善含充電負(fù)荷配電網(wǎng)的安全性，成為當(dāng)前亟待解決的難題。

從充電站控制的角度出發(fā)，已有研究主要通過(guò)改善充電負(fù)荷的時(shí)序特性［5-6］來(lái)解決饋線過(guò)載問(wèn)題，主要采取的措施包括基于電價(jià)引導(dǎo)的有序充電［7-8］、進(jìn)行激勵(lì)補(bǔ)償?shù)男枨箜憫?yīng)［9-10］、充電樁功率直接控制等。文獻(xiàn)［11-12］通過(guò)動(dòng)態(tài)分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)用戶將充電負(fù)荷從峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到其他時(shí)段，實(shí)現(xiàn)了削峰填谷；文獻(xiàn)［13］通過(guò)模擬EV 用戶對(duì)需求響應(yīng)策略的接受度，確定EV負(fù)荷的概率分布，引導(dǎo)EV用戶進(jìn)行充電時(shí)間轉(zhuǎn)移。在上述有序充電和需求響應(yīng)策略中，EV用戶響應(yīng)往往具有較大的不確定性，導(dǎo)致負(fù)荷響應(yīng)具有較大的隨機(jī)性、波動(dòng)性［14-15］，很難保證用戶響應(yīng)與電網(wǎng)需求相匹配。另一方面，對(duì)于快充站而言，EV在站內(nèi)的停留時(shí)間較短，故充電樁功率直接控制的調(diào)控潛力有限［16］。此外，改變充電負(fù)荷時(shí)序特性往往需改變EV充電時(shí)間，這對(duì)用戶出行的影響較大。

從電網(wǎng)控制的角度出發(fā)，主要可通過(guò)饋線之間聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的倒閘操作實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供［4］，從而通過(guò)改善負(fù)荷的空間特性以解決饋線過(guò)載問(wèn)題。但是，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的倒閘操作較繁瑣，不能頻繁切換，否則可能會(huì)對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)壽命產(chǎn)生不利的影響。同時(shí)，通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的倒閘操作進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供對(duì)備用饋線的負(fù)荷接納能力有較高的要求，轉(zhuǎn)供條件不易滿足，難以滿足電網(wǎng)側(cè)需求。然而，通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)供等方法改變充電負(fù)荷的空間特性，一般無(wú)需改變用戶的充電時(shí)間，對(duì)用戶的影響很小，因此通過(guò)充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷調(diào)控可作為一種改善電網(wǎng)安全性的新思路。

實(shí)際上，在充電站內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供需要充電站由雙電源供電。根據(jù)負(fù)荷定位，在特殊場(chǎng)景下充電負(fù)荷可視為二級(jí)負(fù)荷，可采取雙饋線供電［17］。因此，對(duì)于極易造成饋線嚴(yán)重過(guò)載的大型充電站而言，可通過(guò)2條10 kV 饋線共同供電。對(duì)某市充電站用戶通過(guò)“一戶多變”接入饋線（1 個(gè)充電站用戶通過(guò)多臺(tái)變壓器接入配電網(wǎng)）的場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)研，共涉及357個(gè)“一戶多變”用戶，其中有352個(gè)用戶的報(bào)裝容量超過(guò)1 000 kV·A，屬于中大型充電站用戶。其中，有28 個(gè)用戶接入2 條饋線，占比約為8%。在充電站通過(guò)“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景下，同一座充電站內(nèi)包含接入不同饋線的充電樁，因此通過(guò)EV對(duì)充電樁進(jìn)行選擇就可改變充電負(fù)荷接入的饋線，從而實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷空間特性的優(yōu)化?？梢?jiàn)，在該場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)充電站內(nèi)充電負(fù)荷的轉(zhuǎn)供具有可行性。

通過(guò)充電負(fù)荷的空間特性優(yōu)化，可提高雙饋線負(fù)荷的均衡程度，避免負(fù)荷不均衡導(dǎo)致的有功損耗過(guò)大的問(wèn)題，保證配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［18］；同時(shí)能實(shí)現(xiàn)削峰填谷，有效避免饋線過(guò)載，保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此，在“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景下，配電網(wǎng)調(diào)度中心可根據(jù)饋線負(fù)荷優(yōu)化等需求向充電站發(fā)布各時(shí)段接入不同饋線EV數(shù)量的調(diào)度指令，從而使充電站根據(jù)調(diào)度指令引導(dǎo)EV用戶到相應(yīng)的充電樁充電。

基于此，本文提出“一戶多變”接入雙饋線場(chǎng)景下EV 對(duì)充電樁的優(yōu)化選擇策略。首先，闡述了“一戶多變”接入雙饋線場(chǎng)景的接線方式和充電樁優(yōu)化選擇的原理，提出了充電樁選擇策略的適用場(chǎng)景和實(shí)施條件；其次，提出了充電樁選擇策略的優(yōu)化目標(biāo)；然后，提出了接入不同饋線下充電樁容量的合理分配方式，并設(shè)計(jì)了充電樁選擇策略的優(yōu)化流程和求解方法；最后，通過(guò)算例仿真分析驗(yàn)證了所提充電樁選擇策略的有效性。

1 充電樁優(yōu)化選擇的原理

針對(duì)“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景，本文首先闡述了其接線方式和充電樁優(yōu)化選擇的原理，并提出了充電樁選擇策略的適用場(chǎng)景和實(shí)施條件。

1.1 充電站接入雙饋線的方式

充電站接入饋線主要有以下2種方式。

1）單電源供電方式：充電站內(nèi)的充電樁都接入1 臺(tái)或多臺(tái)10 kV／400 V 專變，所有專變接入同一條10 kV饋線。在該方式下，充電站由單電源供電。

2）雙電源供電方式：充電站通過(guò)2 臺(tái)及以上10 kV／400 V 專變接入2 條10 kV 饋線，即“一戶多變”接入雙饋線。在正常運(yùn)行方式下，各充電樁分別接入其中1 臺(tái)專變的低壓母線上。此時(shí)充電站負(fù)荷被分為兩部分，這樣極大地減小了接入單饋線的充電負(fù)荷，從而減輕了單饋線的供電壓力。在雙電源供電方式下，充電站通過(guò)充電樁選擇進(jìn)行EV負(fù)荷轉(zhuǎn)供。當(dāng)某條饋線負(fù)荷較大時(shí)，新到站的EV應(yīng)盡量避免接入該饋線下的充電樁進(jìn)行充電。

1.2 基于充電樁選擇的充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供原理

在“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景下，充電站通過(guò)2 臺(tái)及以上10 kV／400 V 專變接入2 條10 kV 饋線。接入饋線的實(shí)際充電負(fù)荷大小由接入該饋線的充電樁的充電情況決定。當(dāng)其中1 條饋線或1 臺(tái)專變因故障停運(yùn)時(shí)，可由備自投開(kāi)關(guān)結(jié)合另一條饋線的負(fù)荷能力將所有或者部分充電樁轉(zhuǎn)接到正常運(yùn)行的饋線下。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)新到站EV對(duì)不同饋線下的充電樁進(jìn)行優(yōu)化選擇，可以使該場(chǎng)景具備一定的充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力。

基于此，配電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)監(jiān)測(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)計(jì)算2 條饋線的實(shí)時(shí)負(fù)荷率，為充電站下發(fā)接入不同饋線下充電樁的EV數(shù)量指令，充電站根據(jù)配電網(wǎng)調(diào)度中心指令引導(dǎo)EV前往相應(yīng)的充電樁進(jìn)行充電。

1.3 充電樁選擇策略的實(shí)施條件

配電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)電網(wǎng)側(cè)需求為充電站發(fā)布調(diào)度指令，充電站根據(jù)調(diào)度指令引導(dǎo)EV用戶至接入不同饋線下的充電樁充電。為了實(shí)現(xiàn)該調(diào)度過(guò)程，充電樁選擇策略需要具備一定的實(shí)施條件。

1）充電站內(nèi)服務(wù)站的功能需求。

充電站的功能需求是指：主動(dòng)上報(bào)充電站接入不同饋線的充電樁的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率等電氣量及充電事件記錄數(shù)據(jù)等；支持配電網(wǎng)調(diào)度中心平臺(tái)的主動(dòng)召測(cè)；接收配電網(wǎng)調(diào)度中心平臺(tái)發(fā)布的接入不同饋線下充電樁的EV 數(shù)量指令?；诖?，充電站需配置服務(wù)站，包括服務(wù)器、通信裝置。

（1）服務(wù)器具備優(yōu)化功能以及上網(wǎng)功能，可將各充電樁的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（包括電壓、電流、功率等電氣量以及充電事件等記錄數(shù)據(jù)）打包上網(wǎng)，并下載接收接入不同饋線下充電樁的EV數(shù)量指令。

（2）充電站與配電網(wǎng)調(diào)度中心的通信可以通過(guò)光纖、移動(dòng)通信服務(wù)器上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；充電站和充電樁之間的通信可以通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)。

2）充電樁的功能需求。

充電樁需具備與充電站進(jìn)行通信以及引導(dǎo)EV用戶選擇充電樁的功能，因此需裝設(shè)監(jiān)測(cè)裝置、通信裝置、指示燈系統(tǒng)，并對(duì)充電樁進(jìn)行編號(hào)。

（1）監(jiān)測(cè)裝置：需監(jiān)測(cè)EV 用戶的充電信息，包括到站時(shí)間、離站時(shí)間、初始荷電狀態(tài)（SOC）、目標(biāo)SOC、電池容量，同時(shí)還需監(jiān)測(cè)電流、電壓等電氣量。

（2）通信裝置：接收充電站分配的工作信息。

（3）指示燈系統(tǒng)：根據(jù)下發(fā)的調(diào)度指令控制指示燈顏色，黃燈表示充電樁處于閑置狀態(tài)，紅燈表示充電樁處于充電狀態(tài)，綠燈表示建議接入指示。EV 用戶根據(jù)指示燈的指引到指定充電樁進(jìn)行充電。

（4）充電樁編號(hào)：充電站對(duì)充電樁進(jìn)行編號(hào)，在指引EV 用戶前往相應(yīng)的充電樁時(shí)以充電樁編號(hào)作為引導(dǎo)指示，并以指示燈亮綠色作為輔助指引。

充電樁選擇策略的原理如圖1所示。

圖1 充電樁選擇策略的原理圖Fig.1 Principle diagram of charging pile selection strategy

2 充電樁優(yōu)化選擇的目標(biāo)

提高雙饋線負(fù)荷的均衡程度有利于節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，避免饋線過(guò)載，改善電壓越限問(wèn)題等，從而保證配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。因此，本文以改善雙饋線負(fù)荷均衡度為目標(biāo)進(jìn)行充電樁優(yōu)化選擇。

2.1 考慮充電負(fù)荷接入的饋線負(fù)荷率計(jì)算

設(shè)t時(shí)段饋線l下有kzc(l，t)臺(tái)充電樁處于充電狀態(tài)，則t時(shí)段饋線l的充電負(fù)荷Pcd(l，t)為：

式中：P0為充電樁的額定功率。

考慮充電負(fù)荷，t時(shí)段饋線l的總負(fù)荷Pw(l，t)為：

式中：Pg(l，t)為t時(shí)段饋線l的基礎(chǔ)負(fù)荷，即不包括該充電站負(fù)荷的其他負(fù)荷。

則t時(shí)段饋線l的負(fù)荷率fw(l，t)為：

式中：Sl為饋線l的負(fù)荷容量；β為負(fù)荷的功率因數(shù)，本文中取值為0.95。

2.2 饋線負(fù)荷均衡度優(yōu)化目標(biāo)

通過(guò)充電樁選擇可改善2 條饋線的負(fù)荷均衡程度，本文以2條饋線負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差均值最小為優(yōu)化目標(biāo)。t時(shí)段2條饋線負(fù)荷率的標(biāo)準(zhǔn)差σz(t)可表示為：

2.3 雙饋線削峰潛力評(píng)估指標(biāo)

針對(duì)雙饋線間的削峰情況，本文定義削峰率為優(yōu)化前、后雙饋線最大負(fù)荷率的降低程度，計(jì)算式為：

式中：ηkf為雙饋線的削峰率；fwmax_q、fwmax_h分別為優(yōu)化前、后2條饋線的最大負(fù)荷率。

2.4 充電樁選擇的約束條件

t時(shí)段饋線l下處于充電狀態(tài)的充電樁數(shù)量kzc(l，t)需滿足充電樁數(shù)量約束，即：

式中：kzh(l)為固定接入饋線l的充電樁數(shù)量。

3 充電樁選擇策略的優(yōu)化流程和求解方法

在“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景下，本文提出了接入不同饋線的充電樁容量合理分配方式，設(shè)計(jì)了充電樁選擇策略的優(yōu)化流程和求解方法，從而利用充電樁優(yōu)化選擇來(lái)為電網(wǎng)側(cè)需求提供服務(wù)。

3.1 充電樁容量合理分配方式

在“一戶多變”接入雙饋線的場(chǎng)景下，為了充分利用2 條饋線的冗余容量來(lái)消納充電負(fù)荷，在充電站建設(shè)階段可按2 條饋線的冗余容量分配接入各饋線的充電樁數(shù)量。

饋線1、2 的負(fù)荷容量分別為S1、S2，接入充電負(fù)荷前饋線1、2的平均負(fù)荷率分別為f10、f20，充電站內(nèi)的充電樁總數(shù)量為kzh0，則為了使接入充電負(fù)荷后饋線1、2的負(fù)荷更加均衡，規(guī)定固定接入饋線1、2的充電樁數(shù)量比例應(yīng)與2 條饋線的冗余容量之比成正比，則固定接入饋線1、2的充電樁數(shù)量比例λzh為：

至此，大型充電站的負(fù)荷被分為兩部分，接入單條饋線的充電負(fù)荷大幅減小，可以有效避免饋線過(guò)載等問(wèn)題。

3.2 充電樁選擇策略的優(yōu)化流程

充電樁優(yōu)化選擇需要配電網(wǎng)調(diào)度中心與充電站之間的合作和信息共享。為了充分利用實(shí)時(shí)負(fù)荷信息，在實(shí)際工程應(yīng)用中，本文所提充電站選擇策略根據(jù)配電網(wǎng)調(diào)度中心和充電站的日前負(fù)荷預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)負(fù)荷信息采集，進(jìn)行負(fù)荷的逐時(shí)段預(yù)測(cè)以及調(diào)度指令的逐時(shí)段優(yōu)化。充電樁選擇策略的優(yōu)化流程如附錄A圖A1所示，具體步驟如下。

步驟1：輸入雙饋線網(wǎng)架潮流、充電站內(nèi)充電樁的額定功率以及接入饋線1、2的充電樁數(shù)量等數(shù)據(jù)。

步驟2：充電站根據(jù)以往的充電信息，統(tǒng)計(jì)EV用戶的到站時(shí)間分布、離站時(shí)間分布、到站SOC 分布，得到EV 用戶的充電行為概率分布模型（該模型需根據(jù)季節(jié)性、節(jié)假日等進(jìn)行調(diào)整），基于此可以預(yù)測(cè)各時(shí)段到達(dá)充電站的EV數(shù)量，并進(jìn)行充電負(fù)荷預(yù)測(cè)，將其作為充電站的初始充電信息，同時(shí)充電站將預(yù)測(cè)充電負(fù)荷以及各時(shí)段接入饋線1、2 的閑置充電樁數(shù)量上傳給配電網(wǎng)調(diào)度中心。

步驟3：配電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，確定饋線的預(yù)測(cè)負(fù)荷，將其作為饋線的初始負(fù)荷信息，在閑置充電樁數(shù)量約束下根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化各時(shí)段選擇饋線1 和饋線2 的新到站EV 數(shù)量，并給充電站下發(fā)預(yù)調(diào)度指令。

步驟4：設(shè)當(dāng)前調(diào)度時(shí)段為t時(shí)段（初始時(shí)段t=1），充電站根據(jù)實(shí)時(shí)充電信息和EV提前預(yù)約充電信息預(yù)測(cè)t+1 時(shí)段到達(dá)充電站的EV 數(shù)量，并更新充電站信息，將修正后的充電站信息以及接入饋線1、2的閑置充電樁數(shù)量上傳至配電網(wǎng)調(diào)度中心。

步驟5：配電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)計(jì)算t時(shí)段2 條饋線的實(shí)時(shí)負(fù)荷，并預(yù)測(cè)t+1 時(shí)段2條饋線的負(fù)荷功率，更新饋線的負(fù)荷信息。

步驟6：配電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)修正后的饋線負(fù)荷信息和充電站充電信息，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化t+1時(shí)段接入饋線1、2 的新到站EV 數(shù)量，并為充電站下發(fā)調(diào)度指令。

步驟7：充電站根據(jù)配電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)度指令引導(dǎo)EV前往相應(yīng)的充電樁進(jìn)行充電。

步驟8：令t=t+1，判斷t是否大于mt，若是，則優(yōu)化結(jié)束；否則，返回步驟4繼續(xù)優(yōu)化。

3.3 充電樁選擇策略的求解方法

充電樁選擇策略對(duì)各輛EV 選擇的充電樁進(jìn)行優(yōu)化，本文采用粒子群優(yōu)化算法［19］進(jìn)行求解，規(guī)定粒子位置為各輛EV選擇的饋線編號(hào)。

假設(shè)EV 在一天內(nèi)充電1 次，充電站一天服務(wù)的EV 數(shù)量為M，則粒子位置的維度數(shù)為M。設(shè)粒子群體數(shù)量為m0，迭代次數(shù)為Im0，采用變量Zi，j表示粒子i中第j輛EV 的充電樁選擇行為，其值為1表示選擇饋線1 下的充電樁充電，值為2 表示選擇饋線2 下的充電樁充電。則粒子i的位置向量Zi可表示為：

Zi=[Zi，1，Zi，2，…，Zi，j，…，Zi，M] （13）

在粒子群優(yōu)化算法的迭代過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)粒子的充電樁選擇方案，先計(jì)算接入2 條饋線的充電負(fù)荷大小，然后計(jì)算2 條饋線的負(fù)荷率，再計(jì)算充電樁選擇策略的優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)各粒子充電樁選擇方案下的優(yōu)化目標(biāo)更新各粒子的個(gè)體極值和全局極值，從而更新各粒子的位置和速度；依此循環(huán)迭代，直至找到EV 最優(yōu)的充電樁選擇方案。根據(jù)所得最優(yōu)的充電樁選擇方案，充電站在EV到站時(shí)引導(dǎo)每輛EV前往相應(yīng)的充電樁進(jìn)行充電。

4 仿真算例

4.1 參數(shù)設(shè)置

本文以某市2 條10 kV 饋線（分別記為饋線1 和饋線2）作為仿真網(wǎng)架進(jìn)行充電樁選擇優(yōu)化仿真。饋線1、2 的載流量分別為372、381 A，由此計(jì)算得到2 條饋線的容量S1、S2分別為6 765、6 929 kV·A。饋線1、2 的常規(guī)負(fù)荷曲線見(jiàn)附錄A 圖A2。EV 參數(shù)見(jiàn)附錄A 表A1，EV 出行和充電行為概率分布［20］見(jiàn)附錄A表A2。基于EV用戶的充電行為概率分布進(jìn)行2次抽樣，將其分別作為當(dāng)天充電站的預(yù)測(cè)充電負(fù)荷和實(shí)際充電負(fù)荷（即充電站的實(shí)時(shí)充電信息），見(jiàn)附錄A圖A3。此外，β=0.95，mt=96，P0=60 kW。

4.2 基于饋線負(fù)荷均衡度的充電樁優(yōu)化選擇

設(shè)充電站內(nèi)包含80 臺(tái)60 kW 的直流充電樁，充電站一天服務(wù)EV 數(shù)量為800 輛。假設(shè)接入充電負(fù)荷前，饋線1、2的平均負(fù)荷率分別為0.47、0.38，饋線過(guò)載的負(fù)荷率限值fm0=1。通過(guò)計(jì)算可得固定接入饋線1、2 的充電樁數(shù)量比例約為0.8。為了驗(yàn)證本文所提充電樁優(yōu)化選擇策略的有效性，對(duì)比分析以下場(chǎng)景：場(chǎng)景1，充電站負(fù)荷接入單饋線（饋線1）；場(chǎng)景2，充電站負(fù)荷接入雙饋線，且不加以調(diào)控，EV 按照接入2 條饋線的充電樁數(shù)量比例均衡接入；場(chǎng)景3，充電站負(fù)荷接入雙饋線，且按照冗余容量分配接入饋線的充電樁數(shù)量；場(chǎng)景4，在場(chǎng)景3的基礎(chǔ)上，新到站EV 對(duì)不同饋線下的充電樁進(jìn)行優(yōu)化選擇。以饋線負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差均值最小為目標(biāo)對(duì)EV 選擇的充電樁進(jìn)行優(yōu)化，采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，粒子群體數(shù)量m0=5000，迭代次數(shù)Im0=800。

不同場(chǎng)景下的負(fù)荷優(yōu)化指標(biāo)結(jié)果如表1 所示（若負(fù)荷率大于0.8，則認(rèn)為負(fù)荷率不合格），饋線負(fù)荷率、負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差分別如圖2 和圖3 所示。場(chǎng)景4下選擇2 條饋線下充電樁的EV 數(shù)量結(jié)果如圖4 所示。場(chǎng)景3、4 下饋線的充電負(fù)荷如圖5 所示，饋線2的閑置充電樁數(shù)量如圖6所示。

圖4 場(chǎng)景4中選擇不同饋線下充電樁的EV數(shù)量Fig.4 Number of EVs selecting charging piles under different feeders in Scenario 4

圖5 場(chǎng)景3、4下饋線的充電負(fù)荷Fig.5 Charging load of feeders in Scenario 3 and 4

圖6 場(chǎng)景3、4下饋線2的閑置充電樁數(shù)量Fig.6 Number of idle charging piles under Feeder 2 in Scenario 3 and 4

1）饋線負(fù)荷均衡度優(yōu)化效果分析。

由表1、圖2 和圖3 可知：相比于充電站接入單饋線的場(chǎng)景1，場(chǎng)景2 中充電站負(fù)荷通過(guò)2 臺(tái)及以上專變接入2 條饋線，充電站負(fù)荷被分為兩部分，極大地減小了接入單饋線的充電負(fù)荷，饋線1的最大負(fù)荷率由1.19下降為場(chǎng)景2下的0.96，降低了19.3%，饋線1 的負(fù)荷合格率由67%提升為74%，系統(tǒng)由嚴(yán)重過(guò)載狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹剌d狀態(tài)；場(chǎng)景3 按照饋線冗余容量分配接入充電樁的數(shù)量，使帶負(fù)荷更少的饋線接入更多的充電樁，能夠進(jìn)一步提高2 條饋線的負(fù)荷均衡度，相較于場(chǎng)景2，場(chǎng)景3 下饋線1 的最大負(fù)荷率由0.96 降低為0.92，負(fù)荷合格率由74% 提升為78%，饋線負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差均值由0.063 降到0.055，降低了13%。由此可見(jiàn)，通過(guò)2 條饋線共同為中大型充電站供電，并按饋線冗余容量進(jìn)行充電樁容量合理分配，可以有效解決充電站接入單條饋線造成的過(guò)載問(wèn)題。

圖2 不同場(chǎng)景下的饋線負(fù)荷率Fig.2 Load rate of feeders under different scenarios

圖3 不同場(chǎng)景下的負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差Fig.3 Standard deviation of load rater under different scenarios

表1 不同場(chǎng)景下的負(fù)荷優(yōu)化指標(biāo)結(jié)果Table 1 Load optimization index results under different scenarios

進(jìn)一步，場(chǎng)景4 通過(guò)新到站的EV 對(duì)不同饋線下的充電樁進(jìn)行優(yōu)化選擇，可以使得饋線負(fù)荷更加均衡。由圖4 和圖5 可知，由于饋線1 的常規(guī)負(fù)荷率比饋線2 的常規(guī)負(fù)荷率大，EV 更偏向于接入饋線2 下的充電樁，因此在白天饋線1 的負(fù)荷高峰時(shí)段，大部分新到站的EV 都選擇饋線2 下的充電樁進(jìn)行充電。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，在白天充電時(shí)段饋線2的負(fù)荷率與饋線1的負(fù)荷率差距明顯變小，饋線之間的負(fù)荷更加均衡。相較于場(chǎng)景3，場(chǎng)景4 下饋線1 的最大負(fù)荷率由0.92進(jìn)一步下降為0.8，系統(tǒng)由重載狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩\(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，2 條饋線的負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差大幅減小，饋線負(fù)荷率標(biāo)準(zhǔn)差均值由0.055 下降為0.013，降低了76%，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷高峰時(shí)段饋線負(fù)荷的均衡分配，減輕了單條饋線的供電壓力。上述結(jié)果驗(yàn)證了本文所提充電樁選擇策略的有效性。

2）充電樁選擇策略的負(fù)荷控制特性分析。

充電樁選擇策略通過(guò)各輛EV 對(duì)充電樁的優(yōu)化選擇來(lái)均衡2 條饋線的負(fù)荷，將負(fù)荷控制維度減少至每一輛EV 上，這樣會(huì)使控制較精準(zhǔn)，優(yōu)化效果較好。但由于在EV 充電過(guò)程中充電樁的充電狀態(tài)會(huì)一直受該EV 充電狀態(tài)的影響，直至該EV 充滿電離站，故無(wú)法根據(jù)后續(xù)饋線負(fù)荷的變化情況及時(shí)改變充電樁的充電狀態(tài)。因此，在16:00 左右饋線1 負(fù)荷急劇下降時(shí)，為了保證后續(xù)2 條饋線負(fù)荷均衡，需要16:00前到站的部分EV在饋線1下的充電樁充電，導(dǎo)致16:00 左右饋線1 的負(fù)荷率比饋線2 的高很多。

另一方面，EV 只在2 條饋線下的充電樁都有閑置時(shí)才有選擇權(quán)。由圖6 可知，負(fù)荷高峰時(shí)段充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供需求最大，而在該時(shí)段饋線2 下的閑置充電樁數(shù)最少，因此在負(fù)荷高峰時(shí)段充電樁的利用率最大，充電樁的選擇空間反而最小，充電負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力最弱，兩者之間有一定的矛盾關(guān)系。正因?yàn)槿绱耍瑘?chǎng)景4 下負(fù)荷高峰時(shí)段出現(xiàn)了饋線2 下閑置充電樁數(shù)量為0的現(xiàn)象，說(shuō)明饋線2下的閑置充電樁無(wú)法完全滿足充電負(fù)荷的轉(zhuǎn)供需求。為了解決該問(wèn)題，在配置充電站的充電樁數(shù)量需要留有一定的裕度。

4.3 充電樁選擇策略的削峰填谷潛力分析

充電站采用商業(yè)區(qū)快充站，假設(shè)充電站內(nèi)單臺(tái)充電樁的額定功率為60 kW。饋線1 的最大常規(guī)負(fù)荷保持為4.5 MW 不變，改變充電負(fù)荷大?。ㄒ越尤氲某潆姌稊?shù)量體現(xiàn)）和饋線2 的最大常規(guī)負(fù)荷，進(jìn)行充電樁選擇優(yōu)化。充電樁優(yōu)化選擇效果（以削減負(fù)荷／削峰率體現(xiàn)）如表2 所示，其中削減負(fù)荷表示場(chǎng)景3、4下饋線1最大負(fù)荷的差值。

由表2 可知，饋線2 的最大常規(guī)負(fù)荷越小，充電樁優(yōu)化選擇后的削減負(fù)荷量越大，削峰率越大。這是因?yàn)轲伨€2 的最大常規(guī)負(fù)荷越小，其可轉(zhuǎn)供負(fù)荷的冗余容量越大，所以通過(guò)充電樁選擇將原接入饋線1 的EV 轉(zhuǎn)移到饋線2 下的數(shù)量越大，削峰效果越好。當(dāng)饋線2 的冗余容量較大時(shí)，削峰率可達(dá)到15%以上，極大地增大了充電站（特別是快充站）負(fù)荷的削峰調(diào)控潛力。另一方面，削峰率隨著充電站負(fù)荷占比的增大而減小，這是因?yàn)槌潆娬矩?fù)荷越大，接入雙饋線的充電負(fù)荷也越大，饋線2 的可轉(zhuǎn)供冗余容量變小，使得轉(zhuǎn)供后的削減負(fù)荷量略微下降，削峰效果稍變差。

表2 充電樁的優(yōu)化選擇效果Table 2 Optimization selection effect of charging piles

因此，對(duì)于中大型充電站而言，采用“一戶多變”接入饋線時(shí)，在具備條件的情況下可以選擇接入2條甚至2條以上的10 kV 饋線，一方面可以減少中大型充電站接入單饋線時(shí)的過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)，另一方面有助于通過(guò)EV 對(duì)充電樁的優(yōu)化選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)饋線之間的削峰填谷，保證配電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。

5 結(jié)論

1）本文提出了“一戶多變”接入雙饋線場(chǎng)景下充電樁的選擇策略，從EV引導(dǎo)的角度充分挖掘充電負(fù)荷的調(diào)控潛力。該策略能夠改善饋線之間的負(fù)荷均衡度，減輕單饋線的負(fù)荷壓力，可為通過(guò)優(yōu)化充電負(fù)荷空間特性來(lái)解決中大型充電站接入單饋線時(shí)造成的過(guò)載問(wèn)題提供新的思路和方法。

2）充電樁選擇策略直接控制每一輛EV，負(fù)荷控制較為精準(zhǔn)，但無(wú)法根據(jù)后續(xù)饋線負(fù)荷的變化情況及時(shí)改變充電樁的充電狀態(tài)，且在充電負(fù)荷高峰時(shí)段充電樁的選擇空間較小，因此本文所提充電樁選擇策略要求充電樁數(shù)量配置留有一定的裕度。

3）充電樁選擇策略具有較強(qiáng)的削峰潛力，且饋線的可轉(zhuǎn)供冗余容量越大，削峰效果越好。因此，建議中大型充電站采用“一戶多變”接入10 kV 饋線時(shí)，在具備條件的情況下可選擇接入2 條及以上的饋線，按饋線冗余容量進(jìn)行充電樁容量合理分配，以便通過(guò)充電樁選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)饋線之間的負(fù)荷優(yōu)化，增大充電負(fù)荷的調(diào)控潛力。

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