新能源汽车一体充能站框架及能量优化调度方法

尹泉

摘要：随着我国经济实力的不断发展，节能环保作为我国重要发展战略广泛的应用于汽车行业中，尤其是现阶段发展较为迅速的新能源汽车。新能源汽车能够有效改变环境污染情况，还能提供快速的充電服务，有效解决我国资源短缺问题。本文主要阐述新能源汽车充能站的定义与框架，并深入分析新能源汽车充能站的充能策略，结合实际新能源汽车充能站实例，建立完善的新能源汽车一体充能站框架和能量优化调度方法，从而促进新能源汽车行业的可持续发展。

关键词：新能源汽车;一体化充能站;框架;能量优化调度

0  引言

随着人们生活质量的不断提高，汽车拥有量在逐年提升，而汽车在运行过程中会消耗大量的能源，并可能造成环境污染问题。针对此，新能源汽车能够有效解决环境污染问题且能够缓解我国汽车业对石油能源的依赖性。新能源汽车主要有电动汽车、燃料电池汽车等种类，但是在实际应用中，其需要建立充能站才能满足日常充电需求。现阶段对于新能源汽车一体充电站需要进行能源优化，能够有效提高充电效率，降低能源损耗量，使其满足我国节能环保发展标准，促进新能源汽车长久发展。

1  新能源汽车充能站的定义与框架

通过分析现阶段新能源汽车充电情况，本文提出一种新型的新能源汽车一体充能站框架，为新能源汽车提供动力和氢能的位置。随着我国电制氢装置的不断创新，充能站能够结合该装置来实现配电网、可再生能源、充电装置控制等功能，并且在负荷侧解决传统汽车的能源配置问题，以此来达到高效利用的目的。新能源汽车充能站主要由风力发电系统、光伏发电系统、储能系统、DC/DC模块、AC/DC模块、电动汽车快充装置、制氢、储氢、充氢系统构成。风力发电和光伏发电系统主要是通过转换模块将可再生资源转换为电能，实现供电需求。新能源汽车充能站周边需要配置完善的交流配电网，为充能站框架的建立供能基础。储能系统主要是由大量的蓄电池和直流母线构成，其能够将发电系统中产生的大量电能，通过直流母线存储到蓄电池中，在使用时，能够通过DC/DC模块提高供电电压，以此达到快速充电的目的。电动汽车快充装置的主要作用是缩短新能源汽车充电时间，提高供电效率。制氢储氢充氢系统主要由制氢装置、储氢装置和充氢装置构成，在这其中，制氢装置是利用电解槽装置，在两侧施加一定程度的直流电，将水电解为氧气和氢气，具有较高的效率和质量。现阶段制氢方式主要采用碱式和质子交换膜电解槽，通过分析实际应用情况，可知这两种制氢方式都能很好地适配低电压、大电压和高密度等环境下运行状态，并且效果良好。储氢装置主要有高压气态储存、液氢储存和金属化合物储存。

本文所设置的新能源汽车一体充电站采用碱式电解槽制氢和高压气态储存罐储氢装置。新能源汽车一体充电站在运行过程中，首先要利用光伏发电板吸收外界太阳能，然后经过转换模块将其站换为电能，风能设备主要是吸收外界风能，然后将其转换为电能;然后所产生的部分电能通过母线接入电解槽，其余大多数的电能作为重要的供电电能，通过电解槽后，其能够产生大量的氢气，为新能源汽车提供充电所需的氢气。在电能和氢气能源供给充足时，其能够自动将剩余的能源通入到蓄电池和储氢装置中。如果在新能源汽车充电过程中，发现光能和风能供给不足时，其能够自动调动蓄电池状态，使其作为主要供电装置，满足新能源汽车充电需求。如果充电站内部电能难以支撑大量的充电需求时，还能通过交流配电网购买所需要的电能，并通过DC/DC模块和AC/DC模块转换到供电装置中，满足新能源汽车充电需求，提高新能源汽车充电效率和质量，满足能量优化调度需求。[1]

2  新能源汽车充能站的充能策略

2.1 电动汽车的充电策略

新能源汽车充能站的主要装置为快充装置，其所需要的能源主要来自风力发电、光伏发电、交流配电网与储能蓄电池所提供的电能;在新能源汽车充电时，其能根据调度系统检测到数据信息，设置合理的充电时间短，为新能源汽车充满电。如果在新能源汽车充电过程中，充能站的供电功率保持稳定，并且其符合新能源汽车的充电功率;假设新能源汽车在充电时产生的电能损耗全部来自于转换模块，其他充电模块没有电损耗。[2]

2.2 氢燃料汽车的充氢策略

制定一个时间周期，将某段时间内，新能源汽车电能和氢燃料所需要的数量作为一个检测标准值，并制定合理的制氢方案，并规定在单位时间范围内，电解槽的产氢效率保持不变;制氢装置所生产的氢气要全部存储到储气罐中，在进行充氢过程中，要保证内部氢气总量大于该时间范围内所需要的氢气总需求量;电解槽所需要的电能主要由发电装置、交流配电网与储能蓄电池提供，标记每个时刻制氢功率，以此来得到最优时间段。[3]

2.3 购电策略

为了建立完善的新能源汽车一体充能站框架和能量优化调整，必须要重视充能站的供电运营商，其作为重要的能源供给环节，能够直接影响新能源汽车充电效率。因此要制定合理的购电策略。在实际新能源汽车一体充能站运行过程中，应当争取将自身所产的电能作为主要的供电，并不再缴纳电费，只有在交流配电网购电时，才需要缴费。[4]

2.4 储能模块的运行策略

新能源汽车一体充能站中的储能系统主要是根据自身的荷电状态进行实时的调整充放电方式。如果在实际运行过程中，风光供能需求超过预设值后，其能够与后期的制氢、储氢和充氢系统相结合，降低能源损耗，提高新能源汽车的充电效率;如果风光供能需求不能满足该阶段的供电需求，需要与交流配电网共同合作，才能完成供电操作。新能源汽车一体充能站还需要进行能量优化调整，根据实际情况，选择合理的储能电池。在供电过程中，充放电效率要根据供电需求进行实时变化，而这种功率变化情况，会降低蓄电池的储能状态，因此要降低蓄电池组循环电量的次数来延长蓄电池的使用寿命。[5]

3  新能源汽车一体充能站能量优化调度算例分析

3.1 常规充能方案结果分析

传统电动汽车的充能方案指的是电动汽车需要充电时，会停靠到充电点，然后采用既停既充的方式，使得内部的电池达到满电的状态，然后在离开;在这过程中，电解槽的工作功率保持在稳定的状态，并且会根据电动汽车充电需求而合理分配电解公路。在常规充能方案中，蓄电池的工作状态要通过分析电动汽车的状态进行得到，然后当风电供电不充足的情况下，蓄电池组进行放电操作，如果还不能满足电动起车的充电需求，则需要通过交配网络进行购电;当风光供电大于充电需求时，能够为蓄电池组进行充电，如果蓄电池饱和后，多余的电量将会浪费造能源损耗问题。通过分析电解槽在常规充电方式下，工作一天不同时间段的运行状态可知，在凌晨和傍晚时，蓄电池组需要进行放电操作，并且还有可能进行购电，而其他时间蓄电池组进行充电，会出现风光供电过剩，造成电能损耗。[6]

3.2 能量优化调度方案结果分析

新能源汽车一体充能站能量优化调度方案主要指的是在新能源汽车到达充电位置后，供电系统能够根据前期制定的供电规则选择合理的供电方案;即在新能源汽车充电过程中，其能够制定合理的充电起始时间和充电电量，以此实现电能资源最大利用化;对于电解槽的工作状态，其能够根据实际情况制定灵活的工作模式，当风光发电充足的情况下，电解槽功率可进行适当的调整，并结合蓄电池的工作状态，合理分配电能资源;在风光发电不足情况下，其能够暂停电解槽工作，以此来提高电解槽工作效率。为了满足电解槽功率平衡，需要对其进行放电操作，并结合循环电量次数的条件，要制定完善的放电深度，在放电深度达到规定标准后，蓄电池组停止放电;当新能源汽车一体充能站运行过程中，其能够有效分配用电电量和充电起始时间，并适当的调节充电桩的充电功率，以此来降低充电成本;为了降低出现电能损耗概率，并降低購电次数，应当将电解槽的工作时间安排到出现易出现电能损耗的时间段，从而提高新能源汽车一体充能站能量优化调度应用效果。[7]

3.3 能量优化调度方案与常规调度方案比较

通过本文对常规调度方案和能量优化调度方案的详细分析，可知，在制定新能源汽车一体充能站框架时，需要选择常规调度方案中循环电量的最优解，并对比充电站规模，来选择合理的电解槽规模;为了得到循环电量的最优解，还需要结合常规充能方案中的运行成本。通过选择能量调度方案中与常规充能方案中循环电量相接近的最优解，能够得到其充能成本大约降低42.2%;选择与常规充能方案中充能成本相接近的最优解，应用能量调度优化方案后，循环电量大约降低85.3%，通过对比能量优化调度方案与常规调度方案实际应用效果，可知能量优化调度方案具有较高的可应用性，因此可以广泛的应用到新能源汽车一体充能站框架，从而促进新能源汽车供电行业的可持续发展。[8]

4  结论

综上所述，新能源汽车需要建立一体充能站并对其进行能量优化调整，对于含氢新能源汽车，将其运行过程中，所出现的制氢难题转换为耗电问题，能够有效实现电能优化调度处理。通过科学化的分配新能源汽车不同充电时段的充电效率和充能量，制定合理的供电计划，以此来降低新能源汽车一体充能站的循环电量次数，延长蓄电池使用寿命，在新能源汽车一体充能站中实施能量优化调度，能够提高充电效率和质量，为后期新能源汽车一体充能站框架的建立提供参考依据，从而促进新能源汽车行业的可持续发展。

参考文献：

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[2]刘祎玲.微网中电动汽车充放电策略与可再生能源协同互补研究[D].山东大学，2019.

[3]李鹏，韩建沛，殷云星，韦巍.电转氢作为灵活性资源的微网容量多目标优化配置[J].电力系统自动化，2019，43（17）：28-40，139.

[4]王毅，王飞宏，侯兴哲，孙洪亮，朱彬，刘国平.住宅区电动汽车充电负荷随机接入控制策略[J].电力系统自动化，2018，4（20）：53-60.

[5]沙迪.城市电动汽车充电设施分层次选址规划及定容方法研究[D].东南大学，2017.

[6]高鑫.含可再生能源和电动汽车的配电网优化调度研究[D].华北电力大学（北京）：2017.

[7]胡海容，夏东坛.基于专利分析的我国燃料电池汽车产业发展现状与对策研究[J].科技和产业，2016，16（07）：1-10.

[8]廖斌杰.电动汽车充电设施规划及配电网接纳电动汽车能力评估[D].浙江大学，2016.