中國儲能網(wǎng)訊：隨著城市綠色化交通發(fā)展，優(yōu)化調(diào)控集群電動汽車（EVs）參與配電網(wǎng)需求響應已成為一種趨勢，并逐漸形成了智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運行架構。在該背景下，沈陽工業(yè)大學電氣工程學院、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院、國家能源局東北監(jiān)管局的研究人員王海鑫、袁佳慧、陳哲、馬一鳴、董鶴楠、苑舜、楊俊友，在2022年第1期《電工技術學報》上撰文，結合負荷需求時空分布預測、“站-網(wǎng)”協(xié)同布局與管理、“站-車”有序引導策略、“車-網(wǎng)”互動響應四個領域最新研究成果，系統(tǒng)評述車-站-網(wǎng)一體化運行現(xiàn)狀及進展，總結車-站-網(wǎng)一體化運行架構中存在的問題與挑戰(zhàn)，并做出展望。
面對日益嚴重的環(huán)境問題，發(fā)展清潔能源、保障能源安全、實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”，已成為我國能源戰(zhàn)略的核心目標之一。其中電動汽車（Electric Vehicles, EV）作為移動儲能單元，將電網(wǎng)與交通深度耦合，促進智慧城市綠色化交通。大規(guī)模電動汽車接入，給配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性帶來了一定的機遇與挑戰(zhàn)。
經(jīng)國家電網(wǎng)公司測算，到2030年，電動汽車整體電量需求將達到3400億kWh，EV保有量預計達到6000萬輛。近年，國內(nèi)外學者在電動汽車調(diào)控方面做了大量研究，主要研究思路可概括為預測負荷需求時空分布，根據(jù)預測結果優(yōu)化布局充電設施網(wǎng)絡，進而制定交通-電力耦合網(wǎng)絡架構下的電動汽車引導策略，引導未到站車輛分散前往充電站，避免部分站點擁擠現(xiàn)象，并基于V2G（Vehicle to Grid）技術實現(xiàn)電動汽車響應電力輔助服務。
沈陽工業(yè)大學電氣工程學院、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院、國家能源局東北監(jiān)管局的研究人員從“預測”、“站-網(wǎng)”、“站-車”、“車-網(wǎng)”四方面形成整體閉環(huán)，探討智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運行體系相關技術。
車-站-網(wǎng)一體化運行體系中，電動汽車是未來智慧城市交通-電力-信息耦合網(wǎng)絡的關鍵耦合元素，準確預測電動汽車充電負荷是分析電動汽車對配電網(wǎng)影響的基礎，亦是開展電動汽車與配電網(wǎng)互動的必要前提。
充電站作為車-站-網(wǎng)一體化運行體系能量樞紐單元，根據(jù)電動汽車負荷時空分布預測結果進行布局優(yōu)化，實現(xiàn)“站-網(wǎng)”層面優(yōu)化布局；考慮配電網(wǎng)需求進行有序充電引導，實現(xiàn)“站-車”層面協(xié)同管理；接收電網(wǎng)調(diào)度信號并下發(fā)給電動汽車，反饋電動汽車充電信息至配電網(wǎng)，利用V2G技術實現(xiàn)“車網(wǎng)”層面互動響應。車-站-網(wǎng)一體化運行交互特性如圖1所示。
圖1 車-站-網(wǎng)一體化運行交互特性
根據(jù)車、站、網(wǎng)三者交互特性，研究人員深入探討車-站-網(wǎng)一體化運行架構的研究現(xiàn)狀及相關技術，并沿電動汽車充電需求時空分布預測、“站-網(wǎng)”協(xié)同布局與優(yōu)化、“站-車”有序引導、車-網(wǎng)互動響應技術這一主線綜述車-站-網(wǎng)一體化運行架構的最新研究成果，展望其未來研究方向。
電動汽車充電預測方面，通過解析電動汽車充電需求預測方法優(yōu)缺點，考慮動態(tài)交通下基于信息物理融合的充電負荷預測方式是未來的重點研究課題；
充電設施布局方面，未來研究中需考慮交通-電力耦合網(wǎng)絡架構下的充電設施布局方法；
充電站有序引導電動汽車方面，以交通-電力耦合網(wǎng)絡建模作為有序引導基礎，建立路網(wǎng)耦合架構下定價與路徑規(guī)劃的融合體系是必要且可行的；
“車-網(wǎng)”互動響應方面，從配電網(wǎng)可靠性及經(jīng)濟性的角度論述了電動汽車參與輔助服務市場的可行性與有效性，提出電力系統(tǒng)儲能共享、集群調(diào)控數(shù)據(jù)降維、電動汽車響應激勵等多方面建議，從而提升配電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟性及用戶滿意度。
最后，研究人員對未來智慧城市電動汽車參與互動響應研究進行了展望。
1 用戶行為畫像在電動汽車充電預測中的應用
電動汽車用戶行為畫像是指用戶在駕駛中留下的行為數(shù)據(jù)被大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)收集之后加工成一系列的標簽，其本質(zhì)是簡化的標簽數(shù)據(jù)。目前大部分文獻主要是對電動汽車群體駕駛、停放特性的研究，并未深入探究電動汽車用戶個體駕駛習慣、路徑選擇習慣、臨時更改路徑比率等特性。大數(shù)據(jù)與云計算等技術進一步發(fā)展，有必要深入探究用戶行為畫像在電動汽車充電預測中的應用。
2 電網(wǎng)最優(yōu)潮流約束下多類型充電設施網(wǎng)絡布局優(yōu)化
我國存在充電設施結構性不足、充電樁總體利用率低、熱點區(qū)域充電排隊時間長等問題。充電設施選址既要滿足充電需求，同時需考慮電網(wǎng)負荷限制，以適應城市內(nèi)最優(yōu)電網(wǎng)潮流限制與充電需求的突出矛盾。突破多目標多階段多場景設施選址與配置優(yōu)化技術，實現(xiàn)交通與電力耦合網(wǎng)絡協(xié)同最優(yōu)下的設施網(wǎng)絡布局是一個亟待解決的科學問題。
3 多網(wǎng)融合下配電網(wǎng)多時間尺度穩(wěn)定性評估方法
不確定性新能源、電動汽車在配電網(wǎng)占比增加，使系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。然而，電動汽車充放電行為的多時間尺度優(yōu)化調(diào)控將導致配電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度發(fā)生變化，現(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性評估方法，尚缺乏統(tǒng)一的安全、穩(wěn)定判別標準。
4 多網(wǎng)融合充電服務綜合評估
“交通網(wǎng)-信息網(wǎng)-電力網(wǎng)”三網(wǎng)融合架構下電動汽車參與配電網(wǎng)需求響應服務，需從經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、用戶滿意度的角度對其進行綜合評估。
①經(jīng)濟性方面：分析充電站運營成本、新能源利用率等因素間耦合關系，建立層次化經(jīng)濟性評價指標體系。②穩(wěn)定性方面：研究充電樁容量、用戶充電需求、電壓質(zhì)量指標之間的影響規(guī)律，構建刻畫系統(tǒng)安全域的穩(wěn)定性指標。③用戶滿意度方面：分析電動汽車分布規(guī)律與用戶充電排隊等待時間、充電價格之間的影響關系，構建適用于多場景的用戶充電滿意度評估指標與方法。
5 信息物理系統(tǒng)中云邊協(xié)同架構的研究應用
5G通信、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術不斷發(fā)展，在車-網(wǎng)互動響應中引入邊緣計算思想，能夠突破邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)存儲、計算的能力瓶頸，解決云計算模式占有大量計算資源，無法滿足電力物聯(lián)網(wǎng)高效協(xié)同要求的難題，實現(xiàn)智能化分析管控、邊緣設備實時控制、調(diào)度任務智能管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢、各方利益協(xié)調(diào)等功能，提高配電網(wǎng)供電可靠性。將傳統(tǒng)集中式云端架構轉(zhuǎn)型為邊緣導向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構技術將迎來更多的理論研究和工程應用。邊緣導向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構示意圖如圖2所示。
圖2 邊緣導向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構
邊緣導向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構中，充電樁作為信息感知層邊緣計算單元，聚合商為邊緣服務層，交通-電力-信息耦合網(wǎng)絡為平臺層。電動汽車用戶與聚合商簽訂響應合作協(xié)議參與配電網(wǎng)互動響應僅負責在協(xié)議規(guī)定時間內(nèi)接入充電樁，充放電調(diào)控交由聚合商自主進行。
在此架構下，信息感知層收集用戶行為規(guī)律信息，并計算實時可調(diào)度容量上報邊緣服務層。同時，實時接收邊緣服務層調(diào)控指令，在滿足電動汽車用戶需求的背景下實現(xiàn)實時智能控制的互動響應服務。邊緣服務層與信息感知層之間實現(xiàn)可調(diào)度能力與實時控制的信息交互，與平臺層之間進行信息反饋及指令傳輸。平臺層進行各類信息收集、儲存、計算，并實時下發(fā)指令。
本文編自2022年第1期《電工技術學報》，論文標題為“智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運行關鍵技術研究綜述及展望”，作者為王海鑫、袁佳慧 等。
