考虑时空分布的电动汽车充电负荷预测及对电网负荷影响分析

电动汽车充电站的充电负荷与该充电站的车流量、电动汽车电池的起始荷电状态、用户选择的起始充电时间、电动汽车的车型和不同的充电模式都有关联。不同的时间段,不同的充电站类型对应的充电负荷有很大不同,计算电动汽车充电负荷的一般公式算法很难得到。根据电动汽车用户的充电习惯,研究不同类型充电站的充电汽车数量,电动汽车充电时长以及充电模式的选择,提出考虑时空分布的电动汽车负荷仿真预测方法。以沿海某市为例,该方法能有效预测各种不同类型充电站的电动汽车充电负荷,能够为电动汽车充电站的规划建设以及对电网的负荷影响提供依据。     

城市EV时空充电负荷预测及充电站规划研究

针对目前城市电动汽车（electric vehicle, EV）充电站存在盲目建设、规划不合理导致的部分充电站利用率低、用户充电满意度低等问题,同时为适应“双碳”目标下发展大规模EV的充电站规划需求,提出一种基于蒙特卡洛模拟和回声状态网络（echo state network, ESN）拟合的城市EV时空充电负荷预测方法,进一步开展EV充电站规划研究。首先考虑城市交通路网结构和区域主要功能,将待规划区域进行网格划分并作为待建充电站备选位置;利用蒙特卡洛方法对各类EV进行多种模式的出行链模拟,获取各网格区域内的EV充电负荷数据集;为拟合各网格内EV充电负荷的多样化分布特征,建立基于回声状态网络ESN学习算法的EV时空充电负荷预测模型,实现一定EV保有量下待规划区内EV时空充电负荷的预测。进一步考虑待规划网格区域内的最大充电预测负荷等约束条件﹑以充电站的建设和运维成本、EV用户充电出行成本以及配网损耗的综合成本最小为目标,建立EV充电站的规划模型,利用粒子群算法进行模型求解得到待规划区的充电站建设位置、数量及容量;最后以某城区EV充电负荷预测及充电站规划为例进行计算,验证了所提方法及模型的...     

基于山地城市电动汽车负荷特性的充电设施规划

针对山地城市电动汽车充电站的规划需求,研究了山地城市道路特性,改进了充电负荷预测与充电站规划方法,主要包括：研究了山地城市道路空间特性,建立了电动汽车单车耗电模型;分析了山地城市单车耗电特性对充电负荷时空分布的影响,结合改进Floyd最短路径算法建立了群体充电负荷预测模型;考虑了充电负荷时空分布受充电站选址的影响,提出负荷预测与充电站规划迭代计算方法;以充电负荷时间维度波动更小与空间分布更均衡为目标,提出了新型山地城市充电站规划方法。通过遗传算法Matlab仿真求解表明,上述建模方法能够实现对山地城市充电站的更合理规划：一方面,显著降低电动汽车充电负荷波动;另一方面,使得各站充电负荷更加均衡。     

基于节点-支路信息的电动汽车充电站负荷预测

针对传统负荷预测模型的不足,提出一种基于时间空间的城市地区电动汽车快速充电站负荷预测模型。首先分析充电站负荷预测所需的数据及其主要来源;其次,针对电动汽车大量的、多样性的历史数据来分析电动汽车用户的充电习惯,预测每辆电动汽车的充电地点、充电起始时间及持续时间,准确获取单辆电动汽车的充电负荷模型;然后采用节点-支路负荷预测方式获取与充电站相关的路网节点和交通线路上所有电动汽车负荷,估算该充电站总的充电负荷;最后,对某规划区域内电动汽车的充电负荷进行实例仿真,并验证了方法的有效性和实用性。     

大数据背景下的充电站负荷预测方法

电动汽车负荷预测是充电站规划及调度的研究基础。相比传统的负荷预测,大数据背景下的负荷预测具有待预测数据可快速观测的特点,此时负荷预测方法需要相应调整。首先分析了充电站负荷预测所需数据及主要数据来源。其次,针对单辆电动汽车,基于大量、快速更新、多种类的数据分析电动汽车的充电习惯,预测每一辆电动汽车的充电开始时间、持续时间和充电地点,获取单辆电动汽车的负荷模型。该模型综合考虑电池状态、出行时间、行驶路径与速度、充电偏好等信息。然后,面向任意充电站,对与其相关的路网节点与交通线路上的所有电动汽车负荷求和,估算该充电站的总充电功率。最后,进行实例仿真,并与传统方法下的充电负荷预测结果进行了对比。     

不同负荷渗透率下的快充电站功率补偿设备配置优化策略

随着电动汽车数量增加,快充电站的负荷渗透率逐渐提高,如何降低快充电站对配电网电能质量的污染并实现经济稳定运行,成为配电网研究的重点。基于此,根据快充电站的负荷渗透率,将电动汽车行业的不同发展阶段划分为不同充电场景,分析不同场景下的负荷特性;然后建立储能系统(energy storage system,ESS)和静止无功发生器(static var generator,SVG)的全周期成本模型,提出不同负荷渗透率场景下快充电站的ESS和SVG协同配置优化策略,并通过上层容量优化和下层运行优化的双层模型进行求解;最后,以IEEE-33节点配电网系统为研究对象,针对不同负荷渗透率场景进行仿真,验证了所提策略的经济性和有效性。     

基于条件风险价值的电动汽车充电站规划

针对电动汽车充电负荷的假日性以及负荷预测的不确定性,基于条件风险价值构建了电动汽车充电站规划模型。基于出行链,结合Dijkstra最短路径算法,利用蒙特卡洛随机模拟得到快慢充负荷的时空分布。以充电站建设数量最少为目标,满足所有充电需求点为约束,建立选址模型。考虑用户等待时长,以充电站建设成本最小为目标,建立定容模型。为解决定容模型中充电负荷假日性以及负荷预测随机性,利用鲁棒优化将定容模型转化为机会约束规划,引入条件风险价值工具进行求解。以某区域充电站规划为仿真算例,算例结果验证了该方法能够增强充电站规划模型的鲁棒性,具有可行性。     

考虑时空分布的电动汽车充电负荷预测方法

提出了一种基于电动汽车驾驶、停放特性的考虑时空分布的电动汽车充电负荷预测方法。采用停车生成率模型预测停车需求,结合不同类型汽车、不同停放目的地的停车特性,建立电动汽车停车需求时空分布模型。从电动汽车日行驶里程、日停放需求时空分布特性入手,分析充电需求。采用蒙特卡洛模拟方法,仿真大规模电动汽车不同时间、不同空间的停放、驾驶以及充电行为,预测电动汽车充电负荷的时空分布特性。以深圳市为例,预测结果表明:电动汽车用户充电行为选择以及公共停车场充电设施配建比例不同,充电负荷也将有不同的分布;居民区、工作单位配建充电设施可满足大部分电动汽车的充电需求;同一城市不同区域建设用地类型不同,充电负荷具有明显差异。     

计及车-路-站-网融合的电动汽车充电负荷时空分布预测

针对目前对车-路-站-网相互影响考虑不足,导致电动汽车充电负荷时空分布预测不准确的问题,提出了基于万有引力模型的电动汽车充电负荷时空分布预测模型。首先,计及路网交通流和环境温度,分析外部环境与电动汽车能耗之间的关系。其次,考虑了温度、湿度、辐射等外部环境因素对用户出行的影响,建立基于出行意愿修正的出行链模型。最后,计及多方信息融合,建立基于万有引力模型的电动汽车充电站选择模型。算例结果表明,所提出的模型能够计及电动汽车、路网、充电站和电网的相互影响,并准确计算电动汽车充电负荷的时空分布,分析多场景、多区域下的电动汽车充电需求负荷特性。     

考虑路网-电网交互和用户心理的电动汽车充电负荷预测

文中提出了一种考虑路网-电网信息交互和用户心理的电动汽车充电负荷预测框架。首先,利用出行链和原点-终点(OD)矩阵得到电动汽车出行目的地;然后,考虑行驶、排队时间和充电电价,提出基于后悔理论的充电站选择模型;接着,基于跟驰模型对车辆在路网中的行驶过程进行微观交通分析,建立基于电价驱动的路网-电网交互式负荷预测框架;最后,采用蒙特卡洛方法模拟电动汽车的出行和充电情况,以预测电动汽车充电负荷时空分布。通过在中国北京市三环路网和相应电网上的仿真,验证了所提电动汽车充电负荷预测框架的有效性。仿真结果也表明路网和电网通过电价相互作用,使得电动私家车和出租车的充电负荷在时间与空间上分布差异明显。     

电动私家车充电负荷中长期推演模型

针对现有研究中电动汽车规模预测及其充电负荷预测相互独立的现状,提出了一种电动私家车充电负荷中长期推演模型。首先,综合考虑电动私家车使用人群的创新效应、模仿效应及电动私家车的价格因素,对Bass模型进行一定的改进以实现对电动私家车中长期保有量的预测进行动态建模。其次,基于描述车辆日出行行为特征的出行链模型,对私家车车主的出行活动的起止时间、行驶里程及停留时间进行概率建模,并采用蒙特卡洛模拟仿真城市海量的车辆行为。最后,采用上海市实际地理信息及行车数据,通过车辆规模推演与车辆行为仿真的交替进行,分析了社会宣传与政策补贴、车主充电习惯以及充电引导措施等对上海未来数年电动私家车充电负荷需求时空分布的影响。     

考虑需求响应和电动汽车负荷路-电耦合特性的配电网可靠性评估

随着电动汽车的普及,大量的无序充电行为给配电网可靠性带来负面影响。文章建立了考虑需求响应和路-电耦合特性的配电网可靠性评估模型,准确预测电动汽车时空分布负荷并对其进行调度,改善可靠性指标。提出了路-电耦合模式结构及时空负荷预测框架;建立了路网模型、用户模型、考虑需求响应的充电负荷补充模型,得到电动汽车负荷时空分布;基于双向层级结构、启发式削减策略对电动汽车接入的配电网可靠性进行评估。以某区域路-电耦合网为例,分析了该区域电动私家车充电负荷时空分布情况并对考虑需求响应、路-电耦合特性的配电网可靠性进行了评估。各种场景下的仿真结果验证了文章模型的有效性以及需求响应对可靠性指标的优化作用、路-电耦合特性对可靠性指标的恶化影响。     

考虑用户满意度的电动汽车时空双尺度有序充电引导策略

规模化电动汽车的充电行为在时间和空间上具有随机性和不确定性,针对该特性,以多网融合的车联网平台系统为基础,构建有序充电引导模型架构。为了体现接入系统的用户充电时间选择的多样性,根据用户意愿将电动汽车在时间层分为接受系统调度集群和不接受系统调度集群,建立不同尺度下的用户满意度函数来充分调动电动汽车用户参与性,在此基础上提出有序充电引导调度策略。在时间层,通过引导车辆的充电时间调节负荷曲线;在空间层,规划各车辆的充电站选择。以包含4座充电站的IEEE-33节点配网为例,利用优化软件LINGO11对模型进行仿真。算例结果表明,所提引导策略具有好的控制效果,并且在保证用户满意度时,能改善电网负荷、充电站状况。     

考虑充电站吸引力的EV充电负荷时空分布模拟

电动汽车(electricvehicle,EV)充电负荷时空分布的随机性给电力系统的规划与运行带来了挑战。针对该问题,文章提出考虑充电站吸引力与交通耗时指数的EV充电负荷时空分布模拟方法。首先建立充电站吸引力模型,用以描述用户选择充电站的规律;其次对传统起点–终点(origin destination,OD)矩阵进行修正,用以描述EV的行驶和分布规律;提出交通耗时指数概念,量化用户的行驶耗时;进而使得充电站吸引力模型能够充分计及各种时空因素,通过模拟EV的行驶路径及荷电状态并结合充电站吸引力计算单体EV的充电负荷时空分布矩阵,进一步通过蒙特卡洛模拟推广至群体EV;最后以某典型城区为例,对比分析出租车和私家车的充电负荷形态及充电站吸引力和交通状况对充电负荷的影响,验证了文章所提模型和方法的正确性和有效性。     

需求响应下的电动汽车充电设施配置模型

随着双碳目标、新基建等政策的推行,电动汽车数量增长成为必然的趋势,电动汽车用户将成为需求响应的重要主体之一。用户在参加需求响应的过程中将会改变电动汽车充电时间以及电量,带来充电负荷需求的时空迁移,原有的充电设施规划结果需要调整。基于此,考虑价格型需求响应以及激励型需求响应对电动汽车规划结果的影响,首先从用户角度出发,以用户充电成本最低为目标函数建立不同需求响应模式下电动汽车充电行为模型,并提出峰谷电价下的电动汽车需求响应策略,预测充电需求时空分布;在给定初选站址的情况下,从投资者的角度出发,以建设运营总利润最大化为目标建立充电设施规划模型,对充电站是否建设以及建设规模进行规划。最后应用算例对不考虑需求响应、考虑价格型需求响应、考虑激励型需求响应下的电动汽车充电设施进行规划,并对需求响应参与度、需求响应价格对运营商投资收益率的敏感性进行了分析。     

“车-站-网”多元需求下的电动汽车快速充电引导策略

提出一种面向电动汽车(车)、快速充电站(站)、配电网(网)多元需求的电动汽车快速充电引导策略。首先介绍了“车-站-网”协同模式下充电引导架构,并基于起讫点分析得出的快充需求分布结果,提出一种双层队列模型模拟快速充电站动态队列。然后,根据动态队列和节点电压约束下配电网快充负荷接纳能力,采用动态电价需求函数建立充电电价模型,以用户充电成本最小为目标引导用户选择快速充电站。最后,以某市部分主城区为例,对1 000辆具有快充需求的电动汽车在不同参与度下进行仿真。结果表明,所提充电引导策略能够在节约用户充电成本的同时,提高快速充电站的运营效率,保证配电网的运行安全。     

基于马尔可夫决策过程的电动汽车充电行为分析

针对电动汽车充电行为不确定性问题,建立了基于出行链理论的电动汽车出行及电池电量变化模型,提出了引入马尔可夫决策过程（Markov decision processes, MDP）的电动汽车用户充电行为分析方法。该方法将用户充电行为作为马尔可夫决策集,根据车辆在各区域间的转移概率构造状态转移矩阵,设置用户满意度指标作为决策过程报酬函数,通过求解有限阶段总报酬准则得到电动汽车用户在每个决策点处的最优充电决策。算例部分根据抽取电动汽车特征量数据进行马尔可夫决策过程仿真,得出充电负荷的时间与空间分布情况,通过与传统蒙特卡洛方法进行对比表明该文所提方法可以较好地模拟用户整个出行过程中的充电行为,反映充电需求的时空分布特点;同时,分析了不同区域、不同停车时长情况下电动汽车的不同充电行为,能够为电动汽车充电桩的规划建设提供参考。     

物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法

已有的充电站等待时间研究往往忽略不同车辆充电需求的时变差异性,为全面描述充电等待时间的时变规律,文中提出了物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法。首先,确定充电站到达车辆数分布和充电时长分布,采用M/G/n排队模型模拟充电站排队等待系统,求解电动汽车充电等待时间分布函数。其次,建立用户选择充电站效用函数,利用Multi-logit模型对各个充电站内的充电需求进行预测。再者,根据充电需求预测值和网联充电站实时数据更新平均到达率、服务时间变异系数,提出电动汽车充电等待时间短时分布的预测算法。最后,以某城市某区域为例,验证了该分布的准确性,并通过路径选择分析了充电等待时间分布和可靠性对充电站的影响,为减少充电站排队拥堵和均衡电网负荷提供决策依据。     

考虑驾驶人行为习惯及出行链的电动汽车充电站站址规划

电动汽车充电站作为电动汽车重要配套基础设施,直接影响电动汽车行驶的便利性和经济性,站址规划是否合理成为电动汽车能否普及的关键因素之一。为了提高充电站的覆盖率和服务率,文中基于出行链思想对出行者空间行为特性进行分析,建立了电动汽车空间充电需求模型,以充电需求为衡量站址合理性的指标之一进行站址优化,然后基于Voronoi思想,利用免疫算法建立充电站站址选择模型,从而得到充电站合理布局规划结果,扩大了电动汽车可充电范围,提高了充电站的服务率。