計(jì)及電池使用壽命的電動汽車充電站儲能容量配置方法

計(jì)及電池使用壽命的電動汽車充電站儲能容量配置方法李文超;童亦斌;張維戈【摘要】電動汽車充電站接入配電網(wǎng)不但增加電網(wǎng)的擴(kuò)容壓力，而且充電站較大的負(fù)荷峰谷差造成設(shè)備利用率低.通過配置儲能電池可有效降低負(fù)荷峰谷差，提高設(shè)備利用率.但儲能電池的容量決定投入的成本，需要尋找最合適的容量達(dá)到成本最低的目標(biāo).由于儲能電池壽命影響電池更換時(shí)間，需要準(zhǔn)確估算儲能電池在頻繁不規(guī)則充放電狀態(tài)下的壽命周期.本文采用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)電池工作周期內(nèi)的充放電深度，并根據(jù)等效循環(huán)壽命曲線建立電池壽命損耗模型.以充電站日成本最低為目標(biāo)，綜合考慮充電站配電網(wǎng)的投資成本、儲能系統(tǒng)的投資成本、維護(hù)成本及整體的運(yùn)行成本,利用粒子群優(yōu)化算法求解最優(yōu)容量，最后對比不同類型充電站在不同場景下配置儲能的價(jià)值.【期刊名稱】《電工電能新技術(shù)》【年(卷)，期】2019(038)004【總頁數(shù)】9頁(P55-63)【關(guān)鍵詞】電動汽車充電站;電池壽命;優(yōu)化算法;容量配置【作者】李文超;童亦斌;張維戈【作者單位】國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心，北京交通大學(xué)，北京100044;國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心，北京交通大學(xué)，北京100044;北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心，北京交通大學(xué)，北京100044;國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心，北京交通大學(xué),北京100044;北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心，北京交通大學(xué)，北京100044【正文語種】中文【中圖分類】TM73;U469.72;TM9121引言近年來環(huán)境污染問題嚴(yán)重、化石能源緊缺，燃油汽車的發(fā)展已到達(dá)瓶頸，電動汽車以零排放、高效率、運(yùn)行靈活等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，電動汽車充電站的需求也隨之增加。電動汽車充電負(fù)荷與原配電網(wǎng)負(fù)荷疊加，再度增加電網(wǎng)壓力。根據(jù)充電站的實(shí)際數(shù)據(jù)可知負(fù)荷高峰持續(xù)時(shí)間較短，充電站配電容量過高或過低都是不合理的。而加入儲能電池系統(tǒng)(BatteryEnergyStorageSystem，BESS)可以有效降低負(fù)荷峰值，提高日負(fù)荷率，并降低充電站的配電容量。儲能電池容量受配置目標(biāo)、成本以及儲能電池壽命等因素影響，當(dāng)配置的容量較高，可能會造成利用率較低；當(dāng)配置的容量較低，則可能達(dá)不到目標(biāo)值。在綜合成本計(jì)算中，關(guān)鍵是投資成本以及儲能電池的壽命(即更換時(shí)間)，不同容量的投資成本、更換時(shí)間不同，日成本可以有效綜合投資成本和更換時(shí)間兩個(gè)因素。因此如何在計(jì)及電池壽命的同時(shí)保證日成本最低成為充電站儲能配置的關(guān)鍵。國內(nèi)夕卜學(xué)者對儲能電池的合理配置均展開大量研究。文獻(xiàn)［1］針對公交車充電站建立日成本最低的目標(biāo)函數(shù)，在不同削峰目標(biāo)下，對儲能電池容量進(jìn)行優(yōu)化配置，但未考慮儲能電池的壽命影響因素。文獻(xiàn)［2］提出負(fù)荷側(cè)BESS恒功率充放電策略，建立儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評估模型，并計(jì)算出最優(yōu)BESS容量配置，但未考慮儲能電池的壽命。文獻(xiàn)［3］提出一種電力需求側(cè)規(guī)模儲能經(jīng)濟(jì)評估的方法，結(jié)合政府補(bǔ)貼和峰谷價(jià)差，利用削峰填谷來提高經(jīng)濟(jì)性，證明儲能可以有效提高經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［4］通過分析證明合理的光伏和儲能配置可以提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［5］采用加權(quán)系數(shù)法建立了不同荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)下儲能系統(tǒng)壽命損耗模型。文獻(xiàn)［6］利用鋰電池充放電深度以及循環(huán)次數(shù)評估其壽命，但評估方法復(fù)雜、冗余、缺乏適用性。本文以出租車和公交車充電站為研究對象，從已運(yùn)行的充電站和未來規(guī)劃建設(shè)的充電站兩種場景配置BESS，并對比兩種類型充電站配置儲能的價(jià)值。采用雨流計(jì)數(shù)法提取一個(gè)工作周期內(nèi)的充放電深度并建立電池等效循環(huán)壽命模型。在此基礎(chǔ)上，建立電動汽車充電站BESS容量配置模型，目標(biāo)函數(shù)是日成本最低，約束條件為儲能電池的出力、儲能電池SOC的范圍以及網(wǎng)側(cè)功率的波動范圍等。利用粒子群算法求解最優(yōu)容量。通過算例分析可知，在兩種場景下同時(shí)配置儲能電池，公交車充電站比出租車充電站的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)，但是兩者都能達(dá)到削峰、減少配電容量的目標(biāo)。2電動汽車充電站BESS容量配置模型2.1BESS利用模式在電動汽車充電站中配置BESS，利用場景分兩種：①已投入運(yùn)行的充電站，利用BESS實(shí)現(xiàn)削峰填谷、減緩擴(kuò)容；②規(guī)劃建設(shè)的充電站，利用BESS減少充電站配電建設(shè)投資，并降低配電容量。2.2充電站儲能電池配置模型影響因素儲能電池配置模型影響因素主要是充電站成本及儲能電池壽命。2.2.1成本構(gòu)成充電站系統(tǒng)成本構(gòu)成如圖1所示。配電線路投資成本包括變壓器、配電線路及安裝等成本；BESS投資成本包括儲能電池、變流器及安裝等成本。圖1充電站系統(tǒng)成本構(gòu)成Fig.1Costcompositionofchargingstationsystem2.2.2儲能電池壽命模型儲能電池的壽命受溫度、充放電倍率、循環(huán)次數(shù)、充放電深度(DepthofDischarge，DOD)等因素影響，但實(shí)際應(yīng)用場合中這些影響因素是相互耦合的［7］，綜合上述影響因素分析儲能電池壽命較為復(fù)雜?？紤]充電站儲能電池的環(huán)境溫度比較穩(wěn)定，且本文充放電倍率控制在1C以內(nèi)(C為電池放電速率的量度，nC對應(yīng)的儲能電池最大充放電功率為Pbatmax=Eb/n(kW)，Eb(kW-h)為電池的容量)。為簡化計(jì)算，忽略溫度以及充放電倍率的影響，本文只考慮DOD以及充放電循環(huán)次數(shù)對電池壽命的影響，根據(jù)等效循環(huán)壽命曲線建立壽命損耗模型。儲能電池的DOD是指電池在完成一個(gè)完整的充放電周期后，釋放的電量占總電量的比值。一個(gè)完整的循環(huán)周期是從SOC1-SOC2-SOC1，DOD=|SOC1-SOC2|。某電池原始SOC-t曲線如圖2(a)所示，按照每次滿充滿放統(tǒng)計(jì)充放電次數(shù)，計(jì)算的電池壽命過短；按照吞吐電量累計(jì)充放電次數(shù)，計(jì)算的電池壽命過長。本文利用雨流計(jì)數(shù)法提取DOD并建立不同DOD下的壽命周期模型，將儲能電池的投資成本折算入日成本中，合理配置BESS容量。雨流計(jì)數(shù)法示意圖如圖2所示。圖2雨流計(jì)數(shù)法示意圖Fig.2Schematicdiagramofrainflowcountingmethod雨流計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)規(guī)則雨流計(jì)數(shù)法又稱為〃塔頂法”，主要用于工程界，尤其是疲勞壽命的計(jì)算。利用雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算電池DOD的步驟如下［8］。針對原始SOC-t曲線(圖2(a))重新安排SOC-t曲線，以SOC絕對值最大的點(diǎn)作為起點(diǎn)，得到新的SOC-t曲線如圖2(b)所示。將新的SOC-t的曲線順時(shí)針轉(zhuǎn)過90°，雨流依次從每個(gè)峰或谷的上側(cè)流下，直到對面有一個(gè)比開始時(shí)更高的峰值(或更低的谷值)后停下。當(dāng)雨流遇到上層流下的雨時(shí)，則停止流動，并構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，循環(huán)次數(shù)提取過程如圖2(c)所示。根據(jù)雨流的起點(diǎn)和終點(diǎn)，記錄各自的循環(huán)，將循環(huán)逐一取出，循環(huán)次數(shù)以及SOC如圖2(d)所示。每一雨流的水平長度為該循環(huán)的放電深度。基于DOD估算電池等效循環(huán)壽命已知某磷酸鐵鋰電池的DOD與循環(huán)壽命Nm的對應(yīng)數(shù)據(jù)[9],如表1所示。表1磷酸鐵鋰電池DOD與循環(huán)次數(shù)的對應(yīng)關(guān)系Tab.1RelationshipbetweenDODandcyclesnumberoflithiumironphosphatebatteryDODNm/次DODNm/次0.472000.852000.6600014700根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，采用N階函數(shù)法擬合得到三階函數(shù)如式(1)所示。循環(huán)次數(shù)與DOD的關(guān)系擬合曲線如圖3所示。(1)圖3循環(huán)次數(shù)與DOD的關(guān)系Fig.3Relationshipbetweencyclesanddepthofchargeanddischarge利用雨流計(jì)數(shù)法得到儲能電池工作周期內(nèi)的n次循環(huán)，對應(yīng)的放電循環(huán)深度為DOD1,DOD2,DOD3，…，DODn，其中Nm(DODi)記為DODi對應(yīng)的最大充放電循環(huán)次數(shù)。工作周期內(nèi)的電池壽命衰減率為：(2)式中，Y為電池衰減率。假設(shè)同樣的工作周期經(jīng)歷N次，那么電池的剩余壽命為：(3)式中，T為電池剩余壽命。當(dāng)T=0時(shí)代表電池壽命到達(dá)極限。2.3儲能電池容量配置模型及粒子群優(yōu)化算法2.3.1目標(biāo)函數(shù)投資成本投資成本由變壓器成本、配電線路成本及BESS成本組成，考慮貨幣的時(shí)間價(jià)值，根據(jù)等年值法折算出每年的投資成本。資本回收系數(shù)Cr0(r0,N)為：⑷式中，r0為年利率；N為BESS、變壓器以及配電線路的運(yùn)行年限(年)。配電線路和BESS年成本如式(5)~式(7)所示：yb=Cr0(r0,Nb)-(CbEb+CpPbatmax)⑸yd=Cr0(r0,Nd)?(CdPd)(6)y1=yd+yb(7)式中，yb為BESS成本(元/年);yd為配電線路成本(元/年);y1為充電站總投資成本(元/年);Cb為儲能電池容量及安裝成本(元/(kW-h));Nb^儲能電池的壽命(年)；Cp為儲能變流器等設(shè)備安裝成本(元/kW);Cd為配電線路建設(shè)成本(元/kW);Pd為充電站配電容量(kW);Nd為變壓器以及線路使用年限(年)。維護(hù)成本配電線路、BESS的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用：y2=a(CdPd+CbEb+CpPbatmax)(8)式中，y2為維護(hù)成本(元/年);a為年維護(hù)系數(shù)?；救萘抠M(fèi)基本容量費(fèi)是充電站每個(gè)月的配電容量費(fèi)用。⑼式中，y3為基本容量費(fèi)(元/天);M為月容量費(fèi)(元/kW);Pmax網(wǎng)側(cè)負(fù)荷峰值(kW)；Dm為每個(gè)月的天數(shù)；口為配電容量的裕量(通?？紤]最大負(fù)荷功率不超過變壓器容量的80%)。日購電成本y4=Cm(t)Pgrid(t)dt(10)式中，y4為從電網(wǎng)購電成本(元/天);Cm為電價(jià)(元/(kW-h));Pgrid為網(wǎng)側(cè)實(shí)時(shí)功率(kW)。⑸總目標(biāo)函數(shù)(11)式中，Y為充電站日成本(元/天)。2.3.2約束條件電能功率平衡約束Pgrid(t)=-Pbat(t)+Pload(t)(12)式中，Pload為負(fù)荷側(cè)功率；Pbat為電池側(cè)功率，電池充電功率為負(fù)，放電功率為正。儲能電池運(yùn)行約束過充或過放均會造成電池壽命大幅度下降，因此充放電過程中電池的SOC以及充放電功率需控制在合理的范圍內(nèi)。SOCmin<SOC<SOCmax(13)-Pbatmax<Pbat<Pbatmax(14)式中，SOCmin為儲能電池SOC的最小值；SOCmax為儲能電池SOC的最大值。電網(wǎng)側(cè)功率約束Pgrid<Pmax(15)儲能約束條件處理為避免頻繁充電，儲能電池的充電功率應(yīng)大于系統(tǒng)允許的最小充電功率Pbatmin,即：|Pbat|>Pbatmin(16)儲能電池充放電過程存在能量損失，充電倍率不超過1C,為簡化計(jì)算充放電效率u均取為0.962[10]。儲能電池放電和充電下的SOC計(jì)算公式：(17)(18)式中，SOCt為當(dāng)前荷電狀態(tài)；SOCt-1為前一時(shí)刻荷電狀態(tài)；T為間隔時(shí)間；u為充放電效率。實(shí)際充電站能夠配置儲能電池的面積有限，具體需要根據(jù)每個(gè)充電站的規(guī)劃制定，即：Eb<Emax(19)式中，Emax為充電站允許最大儲能容量。2.3.3儲能充放電策略首先初始化儲能電池的荷電狀態(tài)，然后根據(jù)下一時(shí)段的負(fù)荷與設(shè)定約束值的功率差額及電價(jià)情況，結(jié)合儲能電池模型，得到對應(yīng)的荷電狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷高于目標(biāo)值，儲能電池放電，放電功率滿足式(20)。Pbat=min(Pload-Pmax,Pbatmax)(20)當(dāng)負(fù)荷低于目標(biāo)值，分為以下幾種模式。負(fù)荷處于高電價(jià)段，不充電，但如果剩余電量大于后期所需能量，則放電。(21)負(fù)荷處于電價(jià)平期或低谷段，可按需求充電。(22)式中，SOCnex為后期所需電量對應(yīng)的SOC值。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)可知最優(yōu)解與儲能容量密切相關(guān)，尋找最合適的儲能容量是關(guān)鍵問題，需要借助智能求解算法，粒子群算法具有易于實(shí)現(xiàn)、快速收斂、精度較高等優(yōu)點(diǎn)，可用于優(yōu)化求解［11］。2.3.4粒子群優(yōu)化算法粒子群優(yōu)化算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)是一種基于迭代的優(yōu)化算法。本文給出目標(biāo)峰值(即電網(wǎng)側(cè)最大配電容量)已知和未知時(shí)儲能電池最優(yōu)的容量配置方法?；趦δ茈姵貕勖腂ESS容量配置流程圖如圖4所示。當(dāng)目標(biāo)峰值已知，儲能電池容量是決策變量，儲能電池充放電功率、儲能電池壽命、電價(jià)以及總成本通過程序計(jì)算得出，不斷對比總成本，得到最優(yōu)的成本和儲能容量值，具體流程見圖4。目標(biāo)峰值未知針對成本最小尋找目標(biāo)峰值和容量，即充電站配置儲能的最優(yōu)解。決策變量中增加了目標(biāo)峰值，其程序流程圖在圖4的決策變量中加入目標(biāo)峰值這一變量，其他步驟與圖4相同。圖4基于儲能電池壽命的BESS容量配置流程圖Fig.4BESScapacityconfigurationflowchartbasedonenergystoragebatterylife3算例分析3.1深圳市出租車充電站3.1.1負(fù)荷分析分析深圳市某出租車充電站6月份某一星期數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)電價(jià)得到典型日功率曲線以及電價(jià)曲線圖，如圖5所示，其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間(t)，左邊的縱坐標(biāo)表示負(fù)荷功率(P)，右邊的縱坐標(biāo)表示電價(jià)(C)，黑色曲線為典型日，以10min為一節(jié)點(diǎn)。圖5典型日負(fù)荷功率以及電價(jià)曲線Fig.5Typicaldailyloadpowerandelectricitypricecurves分析數(shù)據(jù)可知負(fù)荷平均功率為154kW，最大功率為334kW，平均日負(fù)荷率為46%。負(fù)荷尖峰集中在13:00~14:00、17:00~18:00，可以看出一天中僅1h左右負(fù)荷功率超過300kW，初步判定該充電站資源利用率不高，變壓器的運(yùn)行能力未得到完全發(fā)揮。同時(shí)結(jié)合深圳市電價(jià)，分析發(fā)現(xiàn)該充電站充電負(fù)荷積極響應(yīng)峰谷電價(jià)。對實(shí)地考察，充電站內(nèi)允許配置儲能電池的最高容量Emax=200kW-ho根據(jù)調(diào)查可知充電站、BESS參數(shù)如表2所示，深圳市電價(jià)如表3所示。由于線路擴(kuò)容需要涉及征地費(fèi)等多方面費(fèi)用，且大城市擴(kuò)容費(fèi)較高，根據(jù)實(shí)際調(diào)查，北京市為1萬元/kW[1]o表2相關(guān)參數(shù)Tab.2Relatedparameters參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值r0(%)6Nd/年20M/(元/(kV-A))32(北京)Cb/^/(kW?h))2000Cp/(元/kW)400a/(%)1[1]M/^/(kV?A))24(深圳)Cd/(元/kW)10000|J0.8Dm/(天)30表3深圳市電價(jià)Tab.3ElectricitypriceinShenzhen時(shí)間實(shí)時(shí)電價(jià)/(元/(kW-h))時(shí)間實(shí)時(shí)電價(jià)/(元/(kW-h))0:00~7:000.249416:30~19:000.69347:00~9:000.693419:00~21:001.04599:00~11:301.045921:00~23:000.693411:30~14:000.693423:00~24:000.249414:00~16:301.04593.1.2已運(yùn)行的充電站BESS容量配置將表2與表3中的參數(shù)代入式(4)~式(11),得到目標(biāo)函數(shù)如式(23)所示。充電站已經(jīng)參與運(yùn)行，因此投資成本中不考慮充電站配電容量的投資。(23)削減目標(biāo)是未配置儲能時(shí)最大負(fù)荷的百分比(例如削減目標(biāo)為n%，即最大負(fù)荷不超過Pmax=334-334xn%)。求解目標(biāo)函數(shù)，可得充電站BESS容量配置最優(yōu)結(jié)果如表4所示。表4儲能電池容量優(yōu)化配置結(jié)果Tab.4Optimalconfigurationofcapacityofenergystoragebattery削減目標(biāo)(％)負(fù)荷峰值/kW儲能電池容量/(kW-h)日負(fù)荷率(％)成本/元成本下降(％)0334046260001528361.55425621.4630230187672736-5.2最優(yōu)解287.450532560.51.52根據(jù)表4可知，隨著削減目標(biāo)的增加，所需儲能電池容量相應(yīng)增加，日負(fù)荷率也有所提升，說明充電站加入BESS可以有效降低負(fù)荷高峰，提高日負(fù)荷率。但成本呈現(xiàn)先增后減的趨勢，說明成本存在最低值即最優(yōu)解，此時(shí)對削峰目標(biāo)和容量兩者尋優(yōu)可得最低成本，相比原始成本下降1.52%，具體參數(shù)見表4最后一列，但是成本下降并不明顯。該類充電站利用儲能削峰，在經(jīng)濟(jì)性上并沒有大幅度改善。表4中最優(yōu)解對應(yīng)的負(fù)荷功率變化以及儲能電池的充放電功率曲線如圖6所示。粒子群優(yōu)化曲線如圖7所示，圖7中橫坐標(biāo)為迭代次數(shù)(N)，縱坐標(biāo)為總成本(F)，經(jīng)過85代的迭代，可得充電站投入總成本為2560.5元，此時(shí)儲能電池容量為50kW?h，削減后的負(fù)荷峰值功率為287.4kW,BESS運(yùn)行的SOC曲線如圖8所示。圖6加入儲能電池前后充電站輸出功率以及BESS充放電功率曲線Fig.6OutputpowerofchargingstationwithandwithoutBESSandchargeanddischargepowercurveofBESS圖7粒子群優(yōu)化曲線Fig.7Curveofparticleswarmoptimization圖8BESS運(yùn)行的SOC曲線Fig.8SOCcurveofBESS3.1.3規(guī)劃建設(shè)的充電站BESS容量配置傳統(tǒng)建設(shè)的充電站資源利用率低，加入BESS的充電站可以降低配電容量，提高資源利用率，降低配電成本。將相應(yīng)參數(shù)代入式(4)~式(11)，得到目標(biāo)函數(shù)為：(24)求解目標(biāo)函數(shù)，可得充電站BESS容量優(yōu)化配置結(jié)果如表5所示。表5儲能電池容量優(yōu)化配置結(jié)果Tab.5Optimalconfigurationofcapacityofenergystoragebattery減少配電容量百分比(%)負(fù)荷峰值/kW儲能電池容量/(kW-h)成本/元成本下降(％)03340359701528361.534075.33023018734234.8最優(yōu)解23520033486.9根據(jù)表5可知，隨著配電容量的降低，儲能電池容量逐漸增加，日負(fù)荷率提高，總成本減少。當(dāng)負(fù)荷最高峰值降為235kW，成本最低，即削減配電容量的最優(yōu)值，之后成本相對上升。實(shí)際工程中減少配電容量的多少需綜合多方面因素，因此本文給出部分配電容量已知的優(yōu)化結(jié)果以及整體最優(yōu)結(jié)果，以供參考。3.2北京市公交車充電站3.2.1負(fù)荷分析北京市某電動公交車充電站共計(jì)8臺直流450kW的充電樁，有58輛公交車，根據(jù)6月份的負(fù)荷數(shù)據(jù)，得到典型日負(fù)荷功率以及電價(jià)曲線如圖9所示，以5min為一節(jié)點(diǎn)。圖9典型日負(fù)荷功率以及電價(jià)曲線Fig.9Typicaldailyloadpowerandelectricitypricecurve分析典型日負(fù)荷功率曲線，最大負(fù)荷為1145kW，平均負(fù)荷177kW，日負(fù)荷率為15.5%，高峰時(shí)段為9:00~11:00、14:00~16:00、19:00~20:00。日負(fù)荷率極低，且負(fù)荷超過800kW的時(shí)間段只占4.2%左右，負(fù)荷高峰維持時(shí)間極短，資源利用率極低。對實(shí)地考察，充電站內(nèi)允許配置儲能電池的最高容量Emax=1000kW-ho北京市電價(jià)如表6所示。表6北京市電價(jià)Tab.6ElectricitypriceinBeijing時(shí)間實(shí)時(shí)電價(jià)/(元/(kW-h))時(shí)間實(shí)時(shí)電價(jià)/(元/(kW-h))0:00~7:000.365818:00~21:001.37827:00~10:000.859521:00~23:000.859510:00~15:001.378223:00~24:000.365815:00~18:000.85953.2.2已運(yùn)行的充電站BESS容量配置針對公交車充電站負(fù)荷特點(diǎn)結(jié)合BESS建立目標(biāo)函數(shù)，將現(xiàn)有參數(shù)代入式(4)~式(11),得到目標(biāo)函數(shù)如式(25)所示。(25)求解目標(biāo)函數(shù)，可得充電站BESS容量優(yōu)化配置結(jié)果如表7所示。表7儲能電池容量優(yōu)化配置結(jié)果Tab.7Optimalconfigurationofcapacityofenergystoragebattery削減目標(biāo)(％)負(fù)荷峰值/kW儲能電池容量/(kW-h)日負(fù)荷率(％)成本/元成本下降(％)01145015.5688701597317218.266024163188.34562951628.1605012.26045090039.3581715.5最優(yōu)解43197841.1580215.8根據(jù)表7可知，隨著削減峰值的增加，成本逐漸下降并出現(xiàn)最優(yōu)值，即負(fù)荷峰值為431kW，儲能容量為978kW?h，當(dāng)Pmax低于431kW時(shí)，電費(fèi)下降變緩，儲能成本相對增加，總成本呈上升趨勢。最優(yōu)解對應(yīng)的負(fù)荷曲線和儲能充放電功率如圖10所示。圖10加入儲能電池前后充電站輸出功率與儲能電池系統(tǒng)充放電功率曲線Fig.10OutputpowerofchargingstationwithandwithoutBESSandchargeanddischargepowercurveofBESS對比表5可知，出租車充電站配置儲能電池削峰填谷在經(jīng)濟(jì)上沒有明顯優(yōu)勢，而公交車充電站在成本上有明顯優(yōu)勢，從經(jīng)濟(jì)性上比較公交車充電站更適合配置儲能，因此電動汽車充電站的儲能配置需要結(jié)合負(fù)荷特點(diǎn)具體分析。3.2.3規(guī)劃建設(shè)的充電站BESS容量配置以此類型充電站假設(shè)建設(shè)一個(gè)新的公交車充電站，負(fù)荷狀態(tài)類似。以削減不同比例的配電容量為目標(biāo)配置儲能，并對比經(jīng)濟(jì)性。將表3和表7的相關(guān)參數(shù)代入式⑷?式(11),得到目標(biāo)函數(shù)如式(26)所示。(26)求解目標(biāo)函數(shù)，可得充電站BESS容量優(yōu)化配置結(jié)果如表8所示。表8儲能電池容量優(yōu)化配置結(jié)果Tab.8Optimalconfigurationofcapacityofenergystoragebattery減少配電容量百分比(%)負(fù)荷峰值/kW儲能電池容量/(kW-h)成本/元成本下降(％)0114501029801597317295067.730800345870515.54562951679282360450893716030.5最優(yōu)解352953694932.5根據(jù)表8可知，隨著配電容量的降低，儲能電池容量逐漸增加，日負(fù)荷率增加，總成本下降并出現(xiàn)最低點(diǎn)。對比表5的出租車充電站成本下降率可知，公交車充電站配置儲能可大幅度降低成本，減少投資。因此公交車充電站從成本角度配置儲能更具優(yōu)勢。但上述兩種類型充電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)中考慮配置BESS均會降低負(fù)荷峰值，減少配電容量，緩解電網(wǎng)壓力，同時(shí)降低充電站投資成本，提高整體的經(jīng)濟(jì)性。4結(jié)論分析充電站的負(fù)荷特點(diǎn)，有助于合理選擇儲能電池利用模式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的目標(biāo)。根據(jù)算例分析，當(dāng)充電站負(fù)荷相對較平穩(wěn)且積極響應(yīng)峰谷價(jià)差的情況下，配置儲能電池用于削峰填谷在經(jīng)濟(jì)性沒有優(yōu)勢，但用于規(guī)劃建設(shè)的充電站是可以有效降低成本。而針對負(fù)荷波動大，且夜晚無充電的充電站，兩種配置場景在經(jīng)濟(jì)性上均值得考慮?？紤]儲能電池使用壽命與DOD的關(guān)系，利用雨流計(jì)數(shù)法分析電池的DOD，并建立電池壽命模型，相比于累積吞吐電量法更切合實(shí)際，對充電站的成本計(jì)算更加準(zhǔn)確，同時(shí)可有效判斷電池更換的時(shí)間。⑶電池壽命的影響因素較多，單獨(dú)使用雨流計(jì)數(shù)法和電池等效壽命模型建立的電池壽命模型還不能完全符合實(shí)際要求，如何能做好電池使用壽命的不確定性表達(dá)或建模是需要進(jìn)一步研究。⑷實(shí)際中充電站類型較多，如何對充電站進(jìn)行合理分類并能夠根據(jù)提出的指標(biāo)快速確定該充電站是否值得配置儲能是需要進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】李芹芹，張維戈，黃梅(LiQinqin,ZhangWeige,HuangMei).快速充電站儲能系統(tǒng)容量配置的研究(Researchoncapacityconfigurationofenergystoragesysteminfastchargingstation)[J].電氣應(yīng)用(ElectrotechnicalApplication)，2017，36(5):26-31.韓曉娟，田春光漲浩，等(HanXiaojuan,TianChunguang,ZhangHao,etal.).用于削峰填谷的電池儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評估方法(Economicevaluationmethodofbatteryenergystoragesysteminpeakloadshifting)[J].太陽能學(xué)報(bào)(ActaEnergiaeSolarisSinica)，2014，35(9):1634-1638.熊雄，楊仁剛，葉林，等(XiongXiong,YangRengang,YeLin,etal.).電力需求側(cè)大規(guī)模儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評估(Economicevaluationoflarge-scaleenergystorageallocationinpowerdemandside)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)(TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety)，2013，28(9):224-230.吳杰，溫晨陽，李珊，等(WuJie,WenChenyang,LiShan,etal.).基于分時(shí)電價(jià)的光伏-儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置(OptimalallocationofPVandaccumulatorsystembasedonTOUprice)[J].電工電能新技術(shù)(AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergy)，2018，37(1):1-8.FossatiJP,GalarzaA,VillateAM,etal.Amethodforoptimalsizingenergystoragesystemsformicrogrids[J].RenewableEnergy,2015,77