轨迹数据驱动的电动汽车充电需求及V2G可调控容量估计

电动汽车(EV)充电需求估计是研究电动汽车与电网互动(V2G)的重要前提。为此,提出一种行驶轨迹数据驱动的EV充电需求预测模型,并进一步考虑用户多维效益,构建用户选择参与V2G响应的用户决策模型,分析区域V2G响应能力的调控潜力。首先,对行车轨迹大数据集进行清洗与挖掘,基于动态能耗理论构建了EV充电需求时空分布预估模型。其次,基于社会行为学理论并综合考虑用电需求效用、经济效用、环保效用以及社会效用,构建了EV用户选择参与V2G响应的概率选择模型。该模型不仅考虑了EV用户的异质性,而且体现了用户决策的交互影响。最后,建立V2G可响应容量调度模型,分析V2G响应资源对区域负荷的调节效果。结果表明,所提模型不仅能有效估计某城市区域的EV充电需求时空分布特性,而且能挖掘该区域选择参与V2G响应的EV潜在用户数量,为研究V2G响应资源对区域负荷的调控潜力提供了支撑。

考虑分时电价和电池损耗的电动汽车集群V2G响应成本分析

为充分探究电动汽车V2G响应的成本费用,在充分考虑峰谷分时电价和电池损耗的基础上,构建了电动汽车集群V2G响应成本评估模型。首先,在考虑电池储能和输出功率的共同约束下,提出了单体电动汽车精细化V2G响应模型;接着,充分考虑V2G响应对不同放电深度下电池寿命的影响,构建了单体电动汽车V2G电池损耗模型;进而,分析峰谷分时电价对电动汽车充电过程的影响,在单体电动汽车V2G电池损耗模型的基础上,从电动汽车集群运营商的角度,构建了电动汽车集群V2G响应成本评估模型;最后,利用算例验证了所提出的电动汽车集群V2G响应成本评估模型有效性,并分析峰谷分时电价和电池损耗对不同时刻V2G响应成本的影响,为电动汽车集群运营商制定用户补偿机制和参与电力市场提供模型基础。

中国2030年电动汽车电力系统储能应用研究(上)

作为我国七大战略性新兴产业之一,电动汽车的大规模发展将对电力系统变革产生深远影响。我国虽然制定了较高的电动汽车发展目标,但缺乏电动汽车对电力系统影响的研究,特别是对电动汽车参与电力系统运行的技术可行性和经济性的综合评估仍有不足。本文将在梳理国内外针对电动汽车大规模并网对电力系统影响的相关研究成果的基础上,结合国内电力市场及政策,分析我国未来电动汽车与电网的互动方式及其在电力系统中的应用前景,并从技术可行性和经济性两方面,探讨电动汽车储能对电力系统低碳转型的推动作用。文章分为上、下两篇。

考虑电动汽车充放电模式灵活性的配电网日前优化调度方法

在聚合商管理模式下,对大规模插电式电动汽车(electric vehicles,EV)调节容量的高效利用可降低系统运行成本,助力可再生能源(renewable energy resources,RES)消纳。同时,随着EV快速充电设施的普及,相较于慢充而言,快充模式下EV参与电网辅助服务时可能存在更多灵活性,但无疑也考验着电力系统承受能力。为充分利用需求侧灵活性资源,考虑将快速充电概念应用于电动汽车入网(vehicle to grid,V2G)场景中,即考虑双向的快速功率,提出考虑EV充放电模式灵活性的配电网日前经济调度方法,其包含2个模型:考虑充放电模式的EV聚合模型与配电网经济调度模型。通过算例分析验证了该策略可提升EV可调度区域灵活性,并能为配电网经济调度带来可观效益。

中国2030年电动汽车电力系统储能应用研究(下)

作为我国七大战略性新兴产业之一,电动汽车的大规模发展将对电力系统变革产生深远影响。我国虽然制定了较高的电动汽车发展目标,但缺乏电动汽车对电力系统影响的研究,特别是对电动汽车参与电力系统运行的技术可行性和经济性的综合评估仍然不足。本研究将在梳理国内外针对电动汽车大规模并网对电力系统影响的相关研究成果的基础上,结合国内电力市场及政策,分析我国未来电动汽车与电网的互动方式及其在电力系统中的应用前景,并从技术可行性和经济性两方面,探讨电动汽车储能对电力系统低碳转型的推动作用。研究分为上、下两篇,此文为下篇。

电动汽车接入对电网运行的影响及经济效益综述

电动汽车的普及已成为一种趋势。电动汽车规模的不断增长,对电力系统提出了新的挑战,也提供了新的机遇。在介绍电动汽车充电负荷特征的基础上,分析了其对配电网电能质量、配电网规划及经济运行等方面的影响,总结了电动汽车接入电网在参与系统调频调压、提供旋转备用、提高系统对间歇性能源接纳能力等方面潜在的经济效益,并探讨了电动汽车接入电网的负面影响和潜在效益的评估方法。最后,讨论了存在的问题和可能的研究展望。

考虑用户积极性的电动汽车与机组联合调频的两阶段随机优化调度模型

风电、光伏等间歇性电源的大规模接入,给电网的安全稳定运行带来了诸多影响,如电力系统调频压力显著增大。传统的火电机组提供调频辅助服务受到爬坡约束限制,存在调节速率低、加速机组老化等缺点,难以满足调频需求。电动汽车(electricvehicle,EV)可受电网直接控制参与车网互动(vehicle-to-grid,V2G),具有迅速响应系统指令,提供调频辅助服务的能力。为更好地匹配电力系统的调频要求,在考虑电动汽车用户行为特性的基础上,提出考虑用户积极性的电动汽车与机组联合调频的两阶段随机优化调度模型,实现火电机组调频容量大、调频速度慢及电动汽车调频容量小、调频速度快的优势互补。采用动态场景法以广东电网的调频信号数据作为输入生成动态场景集在IEEE39节点系统进行仿真分析,验证了所提调度模型的正确性与有效性。

电动汽车与电网互动的关键问题研究综述

电动汽车大规模无序接入将给电网带来峰谷差增大、电能质量下降、电网运行优化控制难度增加等不利影响。应用电动汽车与电网互动技术(Vehicle-to-Grid,V2G)控制电动汽车的充放电过程,可有效缓解上述问题,并起到削峰填谷、平抑可再生能源的作用。近十年来,该项技术已成为电动汽车与电力系统领域的研究热点。阐述了电动汽车与电网互动的基本概念及发展现状,重点从电动汽车集群充电需求和放电能力的时空分布、基于V2G的协同调度、市场机制及经济运营三方面进行梳理,分析了V2G在“双碳”背景下的机遇和挑战,对电动汽车调度及应用问题研究中常用的求解方法进行了总结,同时展望了V2G技术的未来研究方向。

含电动汽车和电转气的园区能源互联网能源定价与管理

能源互联网的发展有助于实现多能系统间的互补、协调和优化,获得经济与环境效益。而电动汽车向电网反向送电(V2G)和电转气(P2G)技术的不断发展,对能源互联网中多类型能源的能量管理提出了新的要求。在此背景下,以含电动汽车和P2G设备的园区能源互联网为研究对象,首先提出包含能源供应商、园区运营商和用户代理的互动框架。接着,建立了园区运营商和用户代理理性追求自身利益最大化的主从博弈模型。其中,园区运营商(领导者)确定从能源供应商处的购能策略、所拥有设备的运行状态,并制定向/从用户代理出售/购买的多种能源价格,而用户代理(追随者)则根据动态能源价格信号调整用户用能策略。之后,应用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件、对偶定理和线性松弛技术,将主从博弈模型转化为混合整数线性规划问题,并利用商业化求解器YALMIP/GUROBI求解。最后,以某工业园区为例对所提出的模型和方法进行说明,并着重分析V2G和P2G技术在提高系统运行的整体经济性、消纳风电能力等方面的效果。

计及电动汽车需求差异的智能电网调度策略

插电式电动汽车(plug-in electric vehicles,PEV)近年来发展迅速,考虑PEV并网后的差异性需求,提出一种计及PEV需求差异的智能电网调度策略:根据需求差异将PEV分为无序充电PEV、可调度充电PEV和可调度充放电PEV,之后提出考虑高低功率调控差异性将可调度PEV分为高功率可调度PEV和低功率可调度PEV。最后,构建以智能电网运行成本最小和电动汽车支付费用最小的多目标优化调度模型。算例结果表明在考虑PEV差异性需求的情况下通过合理调度PEV可以有效提高可再生能源消纳能力、降低智能电网运行成本和PEV车主支付费用。

台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网两阶段供电恢复策略

近年来频发的自然灾害极大威胁配电网安全运行,统筹考虑不同分布式资源特点,发挥分布式资源互补互济优势,有助于解决灾后配电网部分线路损坏、电力供应不足问题,实现电网灾后快速恢复。在电网中分布式资源种类不断丰富的背景下,本文提出一种台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网灾前及灾后两阶段供电恢复策略。首先,考虑配电网和交通网耦合的影响,灾前阶段在考虑电动汽车调度的同时,以加权失电量期望最小为目标建立移动储能和抢修队应急仓库选址模型;其次,根据以上3种分布式资源以及柔性负荷的灾后响应特征,将灾后阶段分为紧急功率支撑和负荷快速恢复两个过程,搭建了配电网灾后多时段恢复优化模型;然后,通过深入研究多种分布式资源的优缺点,设计了配电网两阶段供电恢复框架;最后,设计了多组算例,验证了所提方法的有效性和可行性。

电动汽车与电网互动的关键问题分析与展望

电动汽车与电网互动可以实现削峰填谷、参与调频、提供备用等作用,对于电网的安全经济运行和提高新能源发电消纳能力具有重要意义。围绕电动汽车与电网互动的调控技术、市场机制和基础设施这3方面的关键问题进行分析。首先,对电动汽车与电网互动的层次与目标进行了梳理;其次,对电动汽车与电网互动的集中式控制、分布式控制、分层控制策略进行了分析;再次,对电动汽车与电网互动的成本-效益、商业模式与市场机制的研究进行了总结并提出了建议;进一步讨论了电动汽车与电网互动的设施与通信技术标准的发展现状;最后,对电动汽车与电网互动的研究和应用进行了展望。

入网电动汽车集群的分层控制方法

电动汽车(electric vehicle,EV)规模化接入电网需要合理的控制框架和算法。为了优化电动汽车的充放电管理,首先介绍了电动汽车代理商(aggregator)的概念,并在此基础上提出了一种电动汽车集群的分层控制架构。基于电动汽车分层控制的结构,构建了电动汽车双层优化控制数学模型,从而实现了电网负荷削峰填谷的目的。为了避免随着电动汽车数目增加导致的集中式方法难以求解的问题,提出了一种改进的求解算法,将高维的优化问题分解成多个低维的子优化问题,得到了很好的收敛特性,显著提高了计算效率。最后,通过不同的算例场景,验证了所提出模型与改进算法的有效性和实用性。

电动汽车接入电网及其对电力系统的影响

电动汽车可以作为分布式能源向电网提供反方向服务。电动汽车接入电网可以减少基础设施的投资需求,提高电力系统的可靠性,增加电动汽车车主的收益,同时减少环境污染。介绍了电动汽车接入电网的相关概念和系统架构,阐述了其在调峰服务、旋转备用服务、调频服务和储能服务方面的优势,进一步分析了其经济和社会价值,研究了其对电力系统的影响。

面向电动汽车集群实时充放电优化的分群调度机制

大规模电动汽车无序充电会加剧电网的峰谷差,并影响电能质量和变压器寿命。文章从群体的角度考虑分布式控制框架下电动汽车实时充放电优化的互动调度策略,根据接入电动汽车不同的充电需求,提出以充电结束时刻为分群特征的实时调度方法,并采用双层优化模型求解集群整体和单辆电动汽车的最优充放电功率问题。上层以日负荷波动和调度惩罚最小化为目标,建立考虑电动汽车充放电的大规模集群实时互动调度模型。下层考虑电动汽车车主的充放电成本,求解单辆电动汽车充放电功率的最优跟踪问题。以典型的区域配电网负荷数据为例,通过仿真验证了分布式控制下的实时充电优化策略可以保证电网的可靠运行,同时兼顾各方利益。

考虑用户利益的柔性负荷优化控制算法

为解决电网峰谷差持续扩大带来的影响,从用户侧角度出发,针对空调房间、电热水器和电动汽车分别提出了柔性负荷优化控制算法。该算法基于分时电价,同时考虑用户经济效益和舒适度进行双目标优化控制,并通过智能用户终端实现。在算法中,改进了传统的空调房间和热水器负荷模型,将复杂的多变量强耦合过程解耦为多个独立的单变量子过程,并采用参数回归获取模型参数,减少算法中的随机变量。其次,将电动汽车纳入优化控制,分别研究了单向充电电动汽车(grid to vehicle,G2V)和双向供电电动汽车(vehicle to grid,V2G)的优化算法。采用粒子群算法分别求解优化结果。基于MATLAB的仿真结果验证了所提算法在经济利益、用户体验和电网削峰填谷方面上的优势。

考虑车网互动的配电网可靠性评估

作为一种兼具移动储能特性的新型负荷,电动汽车的大规模接入将会对配电网可靠性产生影响。在传统配电网可靠性评估方法的基础上,提出一种考虑车网互动的配电网可靠性评估方法。首先,通过分析电动汽车的出行行为,建立了电动汽车充放电的时空分布模型;其次,利用蒙特卡洛法模拟配电网故障,充分考虑电动汽车的出行需求,得到配电网故障时电动汽车的放电容量和失负荷情况;然后,结合分布式电源的出力,建立孤岛启发式负荷削减模型求取配电网的故障影响结果;最后,通过改造的IEEE-RBTS Bus-6测试系统验证本方法的可靠性与实用性,分别研究电动汽车渗透率、充电模式以及电动汽车电池容量对配电网可靠性的影响。