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摘 要：能源转型是目前全球面临的重要挑战，而交通行业电气化是能源转型的重要环节。近些年全球电动汽车得到快速发展。而随着电动汽车保有量的增加，诸多由于电动汽车充电产生的问题开始浮现，如集中性充电对电网负荷的增加等。因此需要对电动汽车的充电行为进行优化。本文对电动汽车充电行为优化进行相关分析及研究总结，为相关研究提供借鉴。
1.引言
随着经济发展，传统化石能源的快速消耗伴随着大量的污染排放，造成全球气候变暖，引发严重气候灾害，同时，传统化石能源日益枯竭，导致全球环境恶化和能源紧张。为了缓解气候变化，全球能源系统必须经历深刻的转变，从主要基于化石燃料的能源系统转变为效率更高的基于可再生能源的系统。终端能源部门的数字化、分散化和电气化是被国际能源署认为的推动能源转型的三大趋势。其中交通运输行业的电气化是重要部分。电动汽车在运输领域有两个主要优势：首先，电动汽车以电作为动力驱动汽车使用更便宜的燃料，这意味着每公里的电力成本通常低于汽油或柴油的成本。其次，电动汽车几乎无污染排放。它们有助于减少颗粒物质和噪音排放。
随着交通运输行业的转型，电动汽车提供了一个可以将更多的可再生能源引入整体发电组合可行的机会。然而，与传统电网负荷性质不同的电动汽车充电负荷，受到电动汽车充电行为与用户使用习惯的影响，在时间上和空间上均有随机性。随着电动汽车产业的发展，电动汽车占比越来越高，大规模电动汽车同时接入电网进行不受控制的充电，将会带来突然性的高峰负荷，不利于电网的安全运行。因此，通过不同的策略手段，充分利用电动汽车负载灵活性，调控电动汽车充电，使无序充电向有序充电转化，进而缓解对电网运行产生的不利影响。
2.电动汽车有序充电策略研究
目前，充电功率控制和充电时间控制是电动汽车有序充电策略的两大方向。
充电功率控制上，Yagcitekin and Uzunoglu（2016）以智能电网概念为基础，提出了一种基在工作地点的停车场里，电动汽车充电智能优化算法，该算法在优化电动汽车的充电功率的同时，还控制每个变压器的功率需求，变压器容量，而且可以将电动汽车导航到适当的充电站，降低充电成本并防止了变压器的过载[1]。
然而，通过控制充电功率方式时，电动汽车用户作为被动参与者，只能被动地受到调控，影响了参与充电调控的积极性，也在一定程度上影响了充电优化效果。而充电时间控制则可以调动电动汽车用户的积极性。对电动汽车的经济和环境方面的研究表明，通过使用各种激励手段，刺激鼓励电动汽车用户在非高峰充电时段为车辆充电，达到对电动汽车的充电行为的调控目的。所以，可以采取分时电价政策，定制合适的電价差，引导用户自主选择充电时段，激励电动汽车用户在满足出行需求的前提下，主动参与充电调控。齐先军等（2016）基于峰谷分时电价，提出了一种控制和优化相结合的有序充电方法，通过控制器控制总负荷不高于住宅区功率限制值，并对此限值进行优化，保证电动汽车最大程度地达到用户预期荷电状态，结果表明，基于功率限制的有序充电策略能有效地实现负荷转移，降低峰谷差[2]。
3.电动汽车与可再生能源相结合研究
一些研究表明，包括电动汽车在内的一般汽车停放时间约为其使用寿命的95%[3]。当电动汽车渗透率不断增大，它们可以保持与电网的连接，成为支持系统运行的有吸引力的灵活性解决方案，在可再生能源发电高峰时期充电用来促进电力消纳。综上所述，未来的电力系统将越来越多地基于可再生能源，而运输系统将越来越多地被电气化。未来可能会看到一个集成的，无排放的电力和运输系统，可再生能源不仅为电网提供动力，还为电动汽车提供动力。扩大电动汽车部署也是电力系统发展的一个机会，有可能在电力系统中增加急需的灵活性，并支持高可再生能源的整合。
现有文献主要从两个方面进行分析：1.电动汽车与集中式可再生能源相互作用。2.电动汽车与分布式可再生能源相互作用。
1.电动汽车与集中式可再生能源相互作用
Chen et al.（2018）以2020年北京作为案例，采用小时模拟车辆充电行为和电力系统运行，在一系列不同的风力渗透水平情境下，探讨不同类型的电动车辆（公共汽车，出租车和私人轻型车辆）和不同模式（快速或慢速）的环境影响。结果显示，慢速充电下，电动私人轻型车辆可有效较少CO2的排放。然而，快速充电会得到相反结果。此外，电动公交车和出租车是减少NOX排放的最有效方案[4]。
2.电动汽车与分布式可再生能源相互作用
安装在停车场上方的太阳能电池板具有巨大的潜力，可以为电动汽车提供太阳能发电。这种方式可以减小充电对电网的影响。减少影响的程度取决于光伏、电动汽车和储能系统发展程度。新泽西州的一项研究估计了安装在15平方米的停车场上方的光伏发电量。结果表明，在其工作半径24公里之内，其产生的能量就足以驱动电动通勤者往返工作[5]。
4.总结与展望
现有文献将电动汽车与可再生能源相结合进行分析时，对风能整合研究较多，对太阳能相结合研究较少;同时，对太阳能结合分析时，多为对一个虚拟电厂或一个实际停车场或公共充电站为例，缺乏对未来分布式太阳能发展后，电动汽车充电对城市带来的效益评估。关于对光伏发电和电动汽车充电进行建模的组合，需要对本地配电网中的联合使用和发电的可变性进行改进的建模。特别地，对于各种充电情景，例如家庭充电，工作地点充电和公共停车场充电等。城市规模的研究落后于以前在各个领域取得的进展。
参考文献
[1] YAGCITEKIN B，UZUNOGLU M. A double-layer smart charging strategy of electric vehicles taking routing and charge scheduling into account[J]. Applied Energy，2016，167：407–419.
[2] 齐先军，李冬伟，纪姝彦. 采用功率限制的住宅区电动汽车有序充电控制策略[J]. 电网技术，2016，40（12）：3715–3721.
[3] PASAOGLU G，HONSELAAR M，THIEL C. Potential vehicle fleet CO2 reductions and cost implications for various vehicle technology deployment scenarios in Europe[J]. Energy Policy，2012，40：404–421.
[4] CHEN X，ZHANG H，XU Z，等. Impacts of fleet types and charging modes for electric vehicles on emissions under different penetrations of wind power[J]. Nature Energy，2018，3（5）：413–421.
[5] BIRNIE D P. Solar-to-vehicle（S2V）systems for powering commuters of the future[J]. Journal of Power Sources，2009，186（2）：539–542.
1.引言
随着经济发展，传统化石能源的快速消耗伴随着大量的污染排放，造成全球气候变暖，引发严重气候灾害，同时，传统化石能源日益枯竭，导致全球环境恶化和能源紧张。为了缓解气候变化，全球能源系统必须经历深刻的转变，从主要基于化石燃料的能源系统转变为效率更高的基于可再生能源的系统。终端能源部门的数字化、分散化和电气化是被国际能源署认为的推动能源转型的三大趋势。其中交通运输行业的电气化是重要部分。电动汽车在运输领域有两个主要优势：首先，电动汽车以电作为动力驱动汽车使用更便宜的燃料，这意味着每公里的电力成本通常低于汽油或柴油的成本。其次，电动汽车几乎无污染排放。它们有助于减少颗粒物质和噪音排放。
随着交通运输行业的转型，电动汽车提供了一个可以将更多的可再生能源引入整体发电组合可行的机会。然而，与传统电网负荷性质不同的电动汽车充电负荷，受到电动汽车充电行为与用户使用习惯的影响，在时间上和空间上均有随机性。随着电动汽车产业的发展，电动汽车占比越来越高，大规模电动汽车同时接入电网进行不受控制的充电，将会带来突然性的高峰负荷，不利于电网的安全运行。因此，通过不同的策略手段，充分利用电动汽车负载灵活性，调控电动汽车充电，使无序充电向有序充电转化，进而缓解对电网运行产生的不利影响。
2.电动汽车有序充电策略研究
目前，充电功率控制和充电时间控制是电动汽车有序充电策略的两大方向。
充电功率控制上，Yagcitekin and Uzunoglu（2016）以智能电网概念为基础，提出了一种基在工作地点的停车场里，电动汽车充电智能优化算法，该算法在优化电动汽车的充电功率的同时，还控制每个变压器的功率需求，变压器容量，而且可以将电动汽车导航到适当的充电站，降低充电成本并防止了变压器的过载[1]。
然而，通过控制充电功率方式时，电动汽车用户作为被动参与者，只能被动地受到调控，影响了参与充电调控的积极性，也在一定程度上影响了充电优化效果。而充电时间控制则可以调动电动汽车用户的积极性。对电动汽车的经济和环境方面的研究表明，通过使用各种激励手段，刺激鼓励电动汽车用户在非高峰充电时段为车辆充电，达到对电动汽车的充电行为的调控目的。所以，可以采取分时电价政策，定制合适的電价差，引导用户自主选择充电时段，激励电动汽车用户在满足出行需求的前提下，主动参与充电调控。齐先军等（2016）基于峰谷分时电价，提出了一种控制和优化相结合的有序充电方法，通过控制器控制总负荷不高于住宅区功率限制值，并对此限值进行优化，保证电动汽车最大程度地达到用户预期荷电状态，结果表明，基于功率限制的有序充电策略能有效地实现负荷转移，降低峰谷差[2]。
3.电动汽车与可再生能源相结合研究
一些研究表明，包括电动汽车在内的一般汽车停放时间约为其使用寿命的95%[3]。当电动汽车渗透率不断增大，它们可以保持与电网的连接，成为支持系统运行的有吸引力的灵活性解决方案，在可再生能源发电高峰时期充电用来促进电力消纳。综上所述，未来的电力系统将越来越多地基于可再生能源，而运输系统将越来越多地被电气化。未来可能会看到一个集成的，无排放的电力和运输系统，可再生能源不仅为电网提供动力，还为电动汽车提供动力。扩大电动汽车部署也是电力系统发展的一个机会，有可能在电力系统中增加急需的灵活性，并支持高可再生能源的整合。
现有文献主要从两个方面进行分析：1.电动汽车与集中式可再生能源相互作用。2.电动汽车与分布式可再生能源相互作用。
1.电动汽车与集中式可再生能源相互作用
Chen et al.（2018）以2020年北京作为案例，采用小时模拟车辆充电行为和电力系统运行，在一系列不同的风力渗透水平情境下，探讨不同类型的电动车辆（公共汽车，出租车和私人轻型车辆）和不同模式（快速或慢速）的环境影响。结果显示，慢速充电下，电动私人轻型车辆可有效较少CO2的排放。然而，快速充电会得到相反结果。此外，电动公交车和出租车是减少NOX排放的最有效方案[4]。
2.电动汽车与分布式可再生能源相互作用
安装在停车场上方的太阳能电池板具有巨大的潜力，可以为电动汽车提供太阳能发电。这种方式可以减小充电对电网的影响。减少影响的程度取决于光伏、电动汽车和储能系统发展程度。新泽西州的一项研究估计了安装在15平方米的停车场上方的光伏发电量。结果表明，在其工作半径24公里之内，其产生的能量就足以驱动电动通勤者往返工作[5]。
4.总结与展望
现有文献将电动汽车与可再生能源相结合进行分析时，对风能整合研究较多，对太阳能相结合研究较少;同时，对太阳能结合分析时，多为对一个虚拟电厂或一个实际停车场或公共充电站为例，缺乏对未来分布式太阳能发展后，电动汽车充电对城市带来的效益评估。关于对光伏发电和电动汽车充电进行建模的组合，需要对本地配电网中的联合使用和发电的可变性进行改进的建模。特别地，对于各种充电情景，例如家庭充电，工作地点充电和公共停车场充电等。城市规模的研究落后于以前在各个领域取得的进展。
参考文献
[1] YAGCITEKIN B，UZUNOGLU M. A double-layer smart charging strategy of electric vehicles taking routing and charge scheduling into account[J]. Applied Energy，2016，167：407–419.
[2] 齐先军，李冬伟，纪姝彦. 采用功率限制的住宅区电动汽车有序充电控制策略[J]. 电网技术，2016，40（12）：3715–3721.
[3] PASAOGLU G，HONSELAAR M，THIEL C. Potential vehicle fleet CO2 reductions and cost implications for various vehicle technology deployment scenarios in Europe[J]. Energy Policy，2012，40：404–421.
[4] CHEN X，ZHANG H，XU Z，等. Impacts of fleet types and charging modes for electric vehicles on emissions under different penetrations of wind power[J]. Nature Energy，2018，3（5）：413–421.
[5] BIRNIE D P. Solar-to-vehicle（S2V）systems for powering commuters of the future[J]. Journal of Power Sources，2009，186（2）：539–542.