基于蒙特卡洛模拟的电动汽车充电负荷预测

本文主要对未来各类电动汽车大规模充电时所造成的电网负荷进行预测。基于现有中国电动汽车的发展趋势，根据用途不同，分为电动公交车、电动出租车、电动公务车、电动私家车；讨论不同类型电动汽车充电时对应的充电方式及充电时段，采用蒙特卡洛模拟法抽取起始荷电状态、起始充电时间；计算四种电动汽车的充电负荷，应用C++语言仿真模拟对应负荷特性曲线，并计算得到总体负荷曲线；通过分析曲线特征，总结未来电动汽车充电负荷主要影响因素，为电动汽车的充电设备建设提供指导型意见。

众所周知， 能源短缺与环境污染是21 世纪全球关注的两大难题， 同时也将是未来社会发展的重大挑战。对于发展中国家尤其像我国这样的汽车大国，能源动力系统所面临挑战的尤为严峻。电动汽车以其良好的环保、节能特性，成为现今国际汽车发展的潮流和热点之一[1]。据工业和信息化部电动汽车发展战略研究报告预测，2030 年全国电动汽车保有量将达到6000 万辆[2]。电动汽车以充电电池为动力，大量地接入电网充电势必会对电网造成严重的冲击。因此，建立适当的电动汽车充电负荷模型，不仅便于计算电动汽车的充电负荷，更对电力系统的运行和规划都具有重要的指导意义[3]。

电动汽车的充电负荷在空间和时间上都具有很大的随机性和间歇性，影响因素众多，主要包括电动汽车保有量、起始荷电状态(State of Charge, SOC)、充电功率、充电时间和动力电池容量。文献[4]主要对影响充电需求的各种因素进行建模，通过仿真算法比较不同类型电动汽车车型、不同充电功率、不同渗透率、不同充电情景对充电需求的影响程度。文献[5]采用蒙特卡洛仿真方法分析不同渗透率下电动汽车充电对两个岛屿配电网网损的影响。实际工作中，每辆电动汽车的起始荷电状态应该不同，但[5]中仅假设起始荷电状态的一致。

文献[6]在给定电动汽车充电规模和SOC 的情况下， 研究了电动汽车的充电负荷。

文献[7]基于3 种电动汽车充电模式，依据各自的特点建立充电负荷模型，求取负荷，但仅仅考虑了临沂地区。文献[8]使用特定分析法，针对电动汽车类型提出假设条件，并研究有限供电范围内电动汽车充电负荷所产生的影响。文献[9]在研究电动汽车充电负荷时，仅考虑了电动公交车和电动私家车对电网负荷的影响。文献[10]分析了充电时长差异的影响， 考虑了充电能力限制等多种因素，研究电动汽车充电站车流量对电网的冲击。

文献[11]针对换电池模式下的电动汽车充电负荷进行建模， 并对其采用了有序充电的策略， 但没有考虑常规充电和快速充电的情况。

通过对上述研究的分析可知， 随着电池技术的不断进步， 电动汽车充电研究已得到国内外众多专家学者的重视，并且建立了各种不同的充电负荷模型。然而，必须指出的是有关充电负荷的研究依然存在着不足，例如对电动汽车类型与充电方式的考虑不全面等。

因此，本文按照实际需求将电动汽车划分为公交车、出租车、公务车、私家车4 大类，不同类型的电动汽车充电特性不同，将采用蒙特卡洛模拟方法拟抽取起始荷电状态、起始充电时间来并计算4 类电动汽车的充电负荷，求取负荷特性曲线，通过曲线对中国未来电动汽车充电负荷进行预测分析。

2. 不同车辆运营及充电特性分析 不同类型电动汽车的充电特性、充电时间和频率都不尽相同。本节将对4 种类型的电动汽车充电特性进行分析，得到适当的充电时段、充电频率、起始充电容量分布和起始时间分布。基于车辆的日均行