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      基于用戶分類的電動(dòng)汽車充電站需求預(yù)測

      2013-03-05 08:00:14王飛龍孫凱航李燕青
      黑龍江電力 2013年2期
      關(guān)鍵詞:規(guī)律性耗電量保有量

      王飛龍,孫凱航,李燕青

      (華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,河北保定071003)

      汽車的普及不僅加劇了石油資源短缺,還帶來了大氣污染以及全球變暖等多方面的問題,電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣使用便成了必然趨勢(shì)。電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)是發(fā)展電動(dòng)汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng),也是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程的重要環(huán)節(jié)[1-2]。電動(dòng)汽車充電站的規(guī)劃與建設(shè)需要根據(jù)充電需求同時(shí)結(jié)合充電站的充電方式來確定,所以準(zhǔn)確預(yù)測區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車的充電需求是進(jìn)行充電站規(guī)劃的首要任務(wù)[3]。本文首先對(duì)某區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車保有量進(jìn)行了預(yù)測,然后根據(jù)電動(dòng)汽車的用途及活動(dòng)范圍將其分類,并根據(jù)不同類型電動(dòng)汽車的特點(diǎn)進(jìn)行充電方式的選擇,最終預(yù)測出充電站的需求量。

      1 區(qū)域電動(dòng)汽車保有量預(yù)測

      1.1 區(qū)域汽車保有量預(yù)測

      區(qū)域汽車保有量受到多方面因素的影響,本文首先在現(xiàn)有歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用多元線性回歸的方法對(duì)未來某時(shí)間段內(nèi)某區(qū)域汽車保有量進(jìn)行預(yù)測。多元線性回歸的主要思想是將因變量視為多個(gè)自變量的線性組合,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

      式中:t=1,2,…,n;yt為因變量;xt1,xt2,…均表示自變量;β0表示截距項(xiàng);βi(i=1,2,3,…)表示總體回歸系數(shù);ut表示隨機(jī)誤差。yt與xtj已知,βi與ut未知。當(dāng)給定一個(gè)樣本(yt,xt1,xt2,…,xtk)時(shí),多元線性回歸模型可以表示為

      其相應(yīng)的矩陣表達(dá)式為

      多元線性回歸數(shù)學(xué)表達(dá)式中忽略隨機(jī)誤差一項(xiàng)后剩余的部分稱為總體多元線性回歸方程,簡稱總體回歸方程,用E(yt)表示,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

      針對(duì)區(qū)域汽車保有量預(yù)測問題,式(1)中的E(yTi)和xij都可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到,所以βi可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)求得,矩陣β的求解表達(dá)式為

      在此基礎(chǔ)上,綜合考慮影響汽車保有量的因素,根據(jù)其歷史數(shù)據(jù)即可預(yù)測得未來某段時(shí)間內(nèi)某區(qū)域的汽車保有量。

      1.2 區(qū)域電動(dòng)汽車保有量預(yù)測

      根據(jù)電動(dòng)汽車的活動(dòng)規(guī)律可將區(qū)域內(nèi)的電動(dòng)汽車分為規(guī)律性較強(qiáng)的用戶(記為A類用戶)、規(guī)律性一般的用戶(記為B類用戶)、隨機(jī)性用戶(記為C類用戶)。A類用戶不論在活動(dòng)時(shí)間方面還是在活動(dòng)范圍方面,都有很強(qiáng)的規(guī)律性,主要包括公交車、環(huán)衛(wèi)車以及單位接送員工上下班所用的大巴車等;B類用戶在活動(dòng)時(shí)間和活動(dòng)范圍方面有一定規(guī)律性,但規(guī)律性不強(qiáng),主要包括私家車、公務(wù)車以及季節(jié)性旅游車等;C類用戶不論在時(shí)間方面還是活動(dòng)范圍方面都毫無規(guī)律性,主要包括貨車等。

      在預(yù)測得知某區(qū)域汽車保有量的基礎(chǔ)上,通過Bass擴(kuò)展模型即可求得區(qū)域電動(dòng)汽車的保有量[4]。A類用戶的數(shù)量在很大程度上受到區(qū)域經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及相關(guān)政策的影響,所以區(qū)域內(nèi)A類用戶的數(shù)量完全可以通過調(diào)查得知;B類用戶也具有一定的規(guī)律性,可以通過空間負(fù)荷預(yù)測法或時(shí)間序列法預(yù)測得知;C類用戶具有很強(qiáng)的隨機(jī)性,預(yù)測其保有量比較困難,最好的辦法是先調(diào)查區(qū)域車流量,然后通過車型和車牌號(hào)分類法對(duì)區(qū)域C類負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。

      2 充電站需求電量預(yù)測

      根據(jù)區(qū)域A、B、C三類用戶的保有量可以求得充電站蓄電量的計(jì)算公式為

      式中:W為換電站所需的電量;WA為A類用戶日需電量;WB為B類用戶日需電量;WC為C類用戶日需電量。

      A類用戶日需電量為

      式中:WA,av為A類用戶平均需電量;NA為區(qū)域A類用戶的數(shù)量;TA,av為區(qū)域A類用戶平均每天充電次數(shù)。

      居民小區(qū)、超市、商場以及其他公共場所B類用戶分布較為集中,可以通過空間負(fù)荷預(yù)測方法對(duì)日需電量進(jìn)行預(yù)測[5]。將區(qū)域土地根據(jù)用途不同進(jìn)行分類,由于用途不同,每種類型土地電動(dòng)汽車充電功率密度不同。假設(shè)某區(qū)域按照電動(dòng)汽車充電功率分為N個(gè)子區(qū)域,則該區(qū)域電動(dòng)汽車所需充電電量為

      式中:WBi,av為編號(hào)為i子區(qū)域B類用戶平均日需電量;NBi為編號(hào)為i子區(qū)域B類用戶的數(shù)量;TBi,av為編號(hào)為i子區(qū)域B類用戶平均每天充電次數(shù)。

      C類用戶充電隨機(jī)性很強(qiáng),在調(diào)查區(qū)域車流量的基礎(chǔ)上,通過車型和車牌號(hào)分類法對(duì)C類負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。假設(shè)C類用戶每天最多在該區(qū)域充電1次,則C類用戶日需電量為

      式中:F為日車流量;PC為C類用戶所占的比例;vi、vo分別為區(qū)域內(nèi)、外 C 類用戶的比例;WC,i,av、WC,o,av分別為區(qū)域內(nèi)、外C類用戶的平均日需電量;ρi、ρo分別為區(qū)域內(nèi)、外C類用戶中需要充電的用戶所占的比例。

      按照電動(dòng)汽車用戶分類的方法可以預(yù)測區(qū)域充電站需求電量為

      3 充電站需求預(yù)測

      用戶性質(zhì)不同,對(duì)充電站的配置、充電方式要求也不完全相同,電動(dòng)汽車常見的充電方式有恒流法、恒壓法等。本文針對(duì)各類用戶對(duì)充電時(shí)間的要求不同,將充電站分為快速充電站和普通充電站。其中快速充電站主要針對(duì)C類用戶,同時(shí)考慮部分B類用戶;普通充電站主要針對(duì)A類用戶和部分B類用戶。由此可分別求得區(qū)域所需的快速充電站的數(shù)量Nf和普通充電站的數(shù)量Ns。

      式中:μs、μf分別為日常維護(hù)、特殊事件備用系數(shù);vs、vf分別為B類用戶采用普通充電方式、快速充電方式所占的比例;Ps、Pf分別為普通充電站、快速充電站的充電功率;Ts,av、Tf,av分別為普通充電方式、快速充電方式所需的平均時(shí)間。

      4 算例分析

      鄂爾多斯市某開發(fā)區(qū)占地16.6 km2,預(yù)計(jì)2020年人口密度為 6 400人/km2,人均汽車保有量26%,其中電動(dòng)汽車占汽車保有總量的17%(A類用戶占4%,B類用戶占13%)。該區(qū)域B類用戶又分為居民小區(qū)用戶(記作B1類用戶)和公共場所用戶(記作B2類用戶),B1類用戶約占70%,B2類用戶約占30%。A、B兩類用戶日均行駛里程、耗電量等參數(shù)如表1所示。

      表1 A、B類用戶耗電量、行程、充電次數(shù)表

      對(duì)于C類用戶,區(qū)域日均車流量為9 670輛,其中C類用戶占8%;區(qū)域內(nèi)、外C類用戶的比例為4∶1(分別記為C1類用戶、C2類用戶);區(qū)域內(nèi)、外C類用戶中需要充電的電動(dòng)汽車分別占總數(shù)的20%、30%;區(qū)域內(nèi)、外C類用戶行駛每公里耗電量分別為0.28 kW·h、0.40 kW·h;區(qū)域內(nèi)、外C類用戶平均日行程分別為60、50 km。

      據(jù)此可以預(yù)測得該區(qū)域A、B、C三類用戶的日平均耗電量如表2所示(按最大行程計(jì)算)。

      表2 區(qū)域各類用戶數(shù)量及日均耗電量表

      為方便計(jì)算,假設(shè)100%A類用戶、90%的B類用戶采用普通充電方式,其余的B類用戶和C類用戶采用快速充電方式。一般快速充電平均充電時(shí)間為20 min ~2 h,普通充電時(shí)間為5 ~8 h[6]。取快速充電平均耗時(shí)45 min,普通充電平均耗時(shí)7 h,μf、μs分別取為1.30、1.25,文獻(xiàn)[7]中提到充電站的充電功率為96 kW,在此基礎(chǔ)上可以求得區(qū)域所需快速充電站數(shù)量為2,,普通充電站數(shù)量為9。

      5 結(jié)語

      本文闡述了多元線性回歸預(yù)測法在區(qū)域電動(dòng)汽車充電站需求預(yù)測中的應(yīng)用,建立了基于用戶分類的電動(dòng)汽車充電站需求預(yù)測模型,根據(jù)A、B、C三類用戶的特點(diǎn),分別運(yùn)用不同的方法對(duì)用戶數(shù)量、日耗電量進(jìn)行了預(yù)測,最終求得區(qū)域所需快速充電站和普通充電站的數(shù)量。算例結(jié)果表明,本文所采用的基于用戶分類的區(qū)域電動(dòng)汽車充電站需求的模型和方法切實(shí)可行,為區(qū)域電動(dòng)汽車充電站需求預(yù)測提供了一定的理論參考。

      [1] 李菱,李燕青,姚玉海,等.基于遺傳算法的電動(dòng)汽車充電站的布局規(guī)劃[J].華東電力,2011,39(6):1004 -1006.

      [2] 周嗣理.含光伏電源電動(dòng)汽車充電站的設(shè)計(jì)與仿真研究[D].合肥:安徽大學(xué),2008.

      [3] 徐凡,俞國勤,顧臨峰,等.電動(dòng)汽車布局規(guī)劃淺析[J].華東電力,2009,37(10):1677 -1680.

      [4] 姚建歆,王媚,羅偉明.電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用分析與研究[J].華東電力,2008,36(8):107 -110.

      [5] 羅卓偉,胡澤春,宋永華,等.電動(dòng)汽車充電負(fù)荷計(jì)算方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011,35(14):36 -42.

      [6] 郝娟,李強(qiáng),岳建華.電動(dòng)汽車充電站充電模式探討[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2010,28(S2):7 -9.

      [7] 寇凌峰,劉自發(fā),周歡.區(qū)域電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃的模型與算法[J].現(xiàn)代電力,2010,27(4):44 -48.

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