“规模化电动汽车与电网智能友好互动关键技术”专辑论文集锦

“规模化电动汽车与电网智能友好互动关键技术”专辑论文集锦
电动汽车保有量高速增长，预计至2030年将超过1亿辆，电动汽车的规模化利用已成为电能替代和绿色交通发展的必然趋势。然而，大规模电动汽车的随机充电行为将显著改变负荷时空分布特性，高同时率下的“峰上加峰”与“功率冲击”现象给城市电网的安全经济运行带来严峻挑战。从另一个侧面来看，电动汽车特有的移动储能特性又可为电网提供丰富的灵活可调度资源。若能对其加以柔性引导、有序调控和有效利用，则可以获得成本低、容量大、调节灵活性强的海量分布式储能资源，从而推动能源生产、分配和消费方式的清洁化转变，支撑电力-交通协同低碳发展。
为了推动规模化电动汽车与电网智能友好互动，亟须对电动汽车灵活储能资源进行有效挖掘、聚合和利用，研究“车-桩-人-路-网”深度耦合下的规模化电动汽车与电网互动灵活性精准建模方法，探索规模化电动汽车接入的电网-电动汽车协同优化调控模式、安全防控措施及市场机制，充分利用电动汽车的移动储能能力助力能源转型。为此，《电力系统自动化》编辑部特邀东南大学黄学良教授、天津大学穆云飞教授、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院袁晓冬研究员级高级工程师担任特约主编，策划组织了“规模化电动汽车与电网智能友好互动关键技术”专辑。该专辑共收录论文18篇，涵盖了电动汽车灵活性建模、车网互动优化调控、车网互动运营管理3个方面。入选论文不仅对规模化车网互动的关键技术进行了前沿探索，同时反映了国内当前电动汽车与电网智能友好互动领域的研究热点。
该专辑已于2024年第7期发表，敬请关注。
规模化电动汽车与电网智能友好互动关键技术
电动汽车与电网互动：综述与展望
作者：黄学良，刘永东，沈斐，高山，顾雅茹，杨泽鑫，文欣
东南大学电气工程学院，中国电力企业联合会标准化中心，上海蔚来汽车有限公司
摘要：随着新能源发电、电动汽车的大规模发展，电网的调节能力持续下降，新能源消纳的压力日益增加，配电网的薄弱性逐渐暴露。电动汽车与电网互动技术的推广应用对于充电需求的满足、配电网建设压力的缓解、电动汽车灵活性资源的利用及新能源消纳都具有重要意义。文中从电动汽车与电网互动的技术研究、相关政策与标准制定、基础设施及能量管理等平台、信息安全以及示范应用五大方面入手，对电动汽车与电网互动领域的研究现状进行了系统总结，指出了现有研究中的不足之处，并进一步探讨了未来电动汽车与电网互动领域的潜在研究方向。
“人-车-桩-路-网”深度耦合下的配电网协同规划与运行优化
作者：穆云飞，金尚婷，赵康宁，董晓红，贾宏杰，戚艳
单位：智能电网教育部重点实验室(天津大学)，省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)，国网天津市电力公司电力科学研究院
摘要：电动汽车(EV)作为连接交通电气化和电网清洁化的纽带和桥梁，可实现电力-交通-信息之间的深度耦合，形成电力-交通一体化的规划及运行架构。配电-交通融合系统(DTIS)中，EV充放电行为多时空动态交织、电能流-交通流-信息流深度融合、多利益主体动态博弈等大量不确定性因素使配电网的规划及运行优化的边界都将发生重大转变，但同时也给挖掘利用EV的移动储能特性和提升配电网灵活性带来了契机。为此，在分析“人-车-桩-路-网”深度耦合下配电网的形态演化特征基础上，剖析了新形态下配电网协同规划与运行优化所面临的新挑战，进而针对“人-车-桩-路-网”耦合下的EV灵活性建模、灵活域高效构建及预测、协同规划、运行优化4个方面关键技术展开讨论，并对相关技术问题的研究方向进行了展望。
美国加州车网互动政策、标准与市场机制最新进展及其启示
作者：李立理，张剑，刘雨薇，刘晓楠，祖国强
单位：清华大学电机工程与应用电子技术系，智能电网教育部重点实验室(天津大学)，国网天津市电力公司，国网天津市电力公司电力科学研究院
摘要：电动汽车与电网互动（简称“车网互动”）可以释放电动汽车作为灵活性资源的潜力，能够有效提升电网调峰能力、促进高比例可再生能源消纳、提升电动汽车用户经济收益，日益受到各方重视。美国加利福尼亚州（简称“加州”）近些年在推动电动汽车与电网互动发展方面做了大量工作，取得了重要进展。首先，文中介绍了加州在电动汽车与电网互动配套政策法规方面的最新动向；之后，从技术标准、市场机制两方面介绍了加州在电动汽车与电网互动相关基础工作方面的最新进展；最后，结合中国电动汽车与电网互动发展实际提出了有关建议。
电动汽车与充电设备充电安全预警研究综述
作者：高辉，彭成薇，李炜卓，李奕杰，陈良亮
单位：南京邮电大学自动化学院、人工智能学院，南京邮电大学现代邮政学院，国电南瑞科技股份有限公司
摘要：随着全球新能源技术的大力发展，电动汽车及其配套充电设施日益普及化。电动汽车自燃事故与充电安全问题也备受关注。文中从充电安全因素的视角出发，深入地梳理总结了近年来电动汽车与充电设备安全预警研究方法。首先，对充电安全影响因素进行了详细的分类，并对现有的充电安全预警方法成熟度进行了总结与探讨。然后，归纳了预警模型精度与预警误差等评估指标。接着，基于真实的充电订单数据与工单数据对现有模型进行了整体评估与对比分析。最后，对电动汽车与充电设备充电安全预警的后续研究工作进行了展望。
信息-物理-社会视角下的电力-交通耦合网络建模与协同优化
作者：盛裕杰，郭庆来，薛屹洵，王嘉炜，常馨月
单位：清华大学电机工程与应用电子技术系，山西省能源互联网研究院
摘要：近年来，电动汽车（EV）、快速充电设施的高速增长将电力系统和交通系统这两个复杂的基础设施网络紧密耦合。EV具备充电时间和充电位置的灵活性，对于新型电力系统正是理想的移动储能资源，可提供规模巨大的时间、空间灵活调节能力。然而，宏观的电力-交通耦合背后是海量EV用户在各类信息引导下做出的微观社会化决策，构成了复杂的信息-物理-社会系统。从这一视角对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化的相关研究进行了梳理。首先，对两网耦合的基本场景和关键挑战进行了介绍；接着，以社会层与物理层为重点归纳了融合微观车主决策与宏观网络动态的EV群体出行-充电行为建模方法；然后，进一步纳入信息层，总结了多类定价主体与EV间的策略交互与协同优化；最后，对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化相关方向的研究进行展望。
基于动态自适应图神经网络的电动汽车充电负荷预测
作者：张延宇，张智铭，刘春阳，张西镚，周毅
单位：河南大学人工智能学院，河南省车联网协同技术国际联合实验室
摘要：电动汽车充电站负荷波动的不确定性与长时间预测任务给提升充电负荷预测精度带来巨大的挑战。文中提出一种基于动态自适应图神经网络的电动汽车充电负荷预测算法。首先，构建了一个充电负荷信息时空关联特征提取层，将多头注意力机制与自适应相关图结合生成具有时空关联性的综合特征表达式，以捕获充电站负荷的波动性；然后，将提取的特征输入到时空卷积层，捕获时间和空间之间的耦合关系；最后，通过切比雪夫多项式图卷积与多尺度时间卷积提升模型耦合长时间序列之间的能力。以Palo Alto数据集为例，与现有方法相比，所提算法在4种波动情况下的平均预测误差大幅降低。
基于时序注意力机制的电动汽车灵活性概率建模
作者：王昊天，刘栋，秦继朔，史锐，但扬清，孙英云
单位：华北电力大学电气与电子工程学院，国网经济技术研究院有限公司，国家电网有限公司，国网浙江省电力有限公司经济技术研究院
摘要：电动汽车是一种可以向电力系统提供灵活性的柔性负荷。现有研究对电动汽车灵活性进行建模时，多数仅考虑了充电行为的不确定性以及分时电价的影响，忽略了日前电价与实时电价的偏差，缺少对实时电价、充电负荷多时间尺度时序特征的建模。针对此问题，文中总结了电动汽车灵活性的表现形式与影响因素，考虑面向电价的响应不确定性以及充电行为不确定性，提出基于时序注意力机制的电动汽车灵活性概率建模方法。通过时序注意力机制提取不同时序权重，设计基于时序卷积网络的多时间尺度特征提取网络学习充电行为、电价等不确定性，提取多时间尺度灵活性波动特征。算例表明，所提模型能够有效学习充电行为不确定性与面向电价的响应不确定性，其概率建模效果具有更高的可靠性与精度。
面向多场景辅助服务的大规模电动汽车聚合可调度容量建模
作者：王杨洋，茆美琴，杨铖，周堃，杜燕，Nikos D. HATZIARGYRIOU
单位：教育部光伏系统工程研究中心（合肥工业大学），国网安徽省电力有限公司，国网安徽省电动汽车服务有限公司，雅典国立理工大学
摘要：大规模电动汽车聚合可调度容量是含电动汽车的虚拟电厂参与多层级多场景电力平衡辅助服务的重要技术指标之一。然而,现有电动汽车聚合可调度容量模型难以适应大规模电动汽车与省级电力调度中心互动场景。为此，文中从面向电力系统调峰、调频和调压多级多场景调控新视角，提出了数据驱动和机器学习相结合的双层聚类电动汽车聚合可调度容量建模方法。该方法通过构建电动汽车-充电桩广义储能单元的个体可调度容量模型，结合基于密度空间的聚类算法和改进的自组织映射深度聚类算法，有效地融合了电动汽车电量的时间分布和充电桩的空间分布特性，构建了面向调峰、调频和调压多场景调控的聚合可调度容量模型。采用了某省实际充电记录数据对提出的方法进行了验证，获得了“早间型”“中午型”“晚间型”等多种充电画像类型，实现了时空分布各异的电动汽车广义储能系统的自主聚合和省市级规模电动汽车参与电网不同辅助服务潜能的评估，并为聚合可调度容量的预测奠定了数据基础。
考虑电动汽车和5G基站的电力-信息-交通耦合网络需求响应策略
作者：张巍，祝童童，苏瑾
单位：上海理工大学机械工程学院
摘要：电动汽车(EV)是具有移动负荷和通信用户双重属性的主体，为充分挖掘其参与需求响应产生的可调度潜力并降低电网负荷波动，提出了电力-信息-交通网络耦合背景下EV和5G基站需求响应策略。首先，分析了EV和5G基站参与下的多网络耦合关系。其次，建立了EV集群和5G基站集群的灵活性模型。基于此模型，提出了两阶段需求响应优化调度策略：第1阶段以通信成本最小为目标，为EV提供充电导航和路径规划并优化基站用能模式；第2阶段以配电网负荷波动最小为目标，制定EV的充放电策略。最后，通过某城市交通模型的测试，分析了调度策略对基站运行、配电网负荷、潮流和用户的影响，验证了模型和方法的有效性。
考虑电力-交通耦合网动态协调的EV集群灵活性挖掘与优化调度
作者：刘志坚，戴景，杨灵睿
单位：昆明理工大学电力工程学院
摘要：电动汽车(EV)作为兼具交通与能量双重属性的跨域主体，发挥其时空灵活性将助力电力-交通耦合网的协调运行。为此，文中考虑电力-交通耦合网综合效益，提出了EV集群调控策略。首先，基于弧阻抗函数构建了动态交通网络加载模型。其次，考虑EV用户的各特征参数存在的差异性与耦合性，构建了单体EV灵活运行域模型，并采用基于zonotope线性近似的闵可夫斯基和算法对其聚合，得到EV集群的时变灵活运行域。在此基础上，提出了动态交通流最优分配下EV集群灵活性调控的双层模型，迭代求解得到上下两层耦合变量构成的瞬时单位流量出行成本，从而引导EV的出行与充放电行为。最后，通过与最短路径引导策略进行比较，验证了所提EV集群调控策略的有效性。