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河海大学吕思,卫志农:基于动态无线充电的电力-交通网协同优化运行研究综述与展望

该文受国家自然科学基金资助项目(51877071)资助。


原文发表在《全球能源互联网》2019年第5期,欢迎品读。(点击查看)


作者:吕思,卫志农

单位:河海大学能源与电气学院


文章导读

交通电气化是交通系统未来发展的主要目标,其特征之一是公路电气化——采用动态无线充电技术取代充电站,实现电动汽车在行驶过程中完成充电,即“边走边充”。在该模式下,交通网与电网的耦合程度进一步提升,其耦合点由静止的充电站转变为移动的电动汽车,能够提升用户充电的便利性以及用户响应电网的积极性和及时性。在两网紧密耦合的情况下,电力-交通网协同优化调度能够实现社会效益最大化,使电网和交通网处于安全、经济、高效的运行状态。本文基于高度电气化的交通网,考虑动态无线充电为主要充电模式,介绍了电力-交通网协同运行的研究框架;针对交通网,对交通流分配问题进行了归纳和总结,阐述了不同模型所适用的问题类型;针对电力-交通网协同优化运行,本文对已有研究做了总结和分析,并对未来可行的研究方向做出了展望。

文章亮点

1.介绍了基于动态无线充电模式的电网-交通网耦合形式,分析了动态无线充电相比于插入式充电的优势,提出了电网-交通网协同优化运行的研究框架。

2.对交通流分配模型进行了归纳和总结,按照时间尺度和分配准则对模型进行分类,分析了各类交通分配模型的应用场景。

3. 针对电力-交通网协同优化运行,对国内外文献做了总结和分析,并对未来可行的研究方向做出了展望。

文章摘要

一、电网-交通网协同运行研究框架

电网根据EV充电负荷和常规负荷的时空分布,以某一目标(运行成本最小、网损最小等)求解OPF问题,制定源端出力和节点电价,调控潮流分布;交通网根据各路段的电价和当前交通流分布,以某一准则求解交通分配问题(Traffic Assignment Problem, TAP),制定各路段的拥挤费用,调控交通流分布。二者的协同运行将实现社会效益最大化。

图1 电力-交通网协同运行研究框架

二、交通量分配模型介绍

交通量分配是将各起止点(Origin-Destination, OD)的交通需求根据实际情况按照一定的准则分配到交通网的各个路段上,并求出各条路段的交通流量。平衡分配是当前广泛使用的分配准则,根据不同的分配目标,可分为用户均衡(User Equilibrium, UE)准则和系统最优(System Optimal, SO)准则。从时间间隔划分,交通分配问题又可分为静态交通分配(Static Traffic Assignment, STA)、半动态交通分配(Semi-dynamic Traffic Assignment, SDTA)和动态交通分配(Dynamic Traffic Assignment, DTA)。具体分类如图2所示,三类交通分配模型的区别见图3。由此可见,STA对交通流的描述较为粗糙,是以交通网规划为目标开发出来的交通分配方法;而DTA能够较为细致地描述交通流,是以实时交通控制管理为目标开发出来的交通分配方法。SDTA是对以上两类模型的一个折中,具备广泛用途的同时避免了庞大的计算负担,适用于在日前层面处理交通分配问题。

图2 交通分配模型分类

⬆ 图3 三类交通分配模型的区别

三、电气化交通背景下的电力-交通网协同运行文献综述

表1 电力-交通网协同运行文献比较

当前研究成果的总结和比较见表1。对于电气化交通背景下的电力-交通网协同优化运行问题,现有研究主要集中在单时间断面,采用STA模型并结合UE、SO准则来刻画交通流分布,采用DCOPF和ACOPF模型来描述电网潮流分布。协同调度的主要调控手段是源端(发电机、分布式电源)出力和荷端价格激励(路段拥挤费、充电电价),调度目标是最小化耦合系统的运行成本(发电成本、交通流通行时间成本、EV耗电成本)。

四、研究展望

未来可行的研究方向包括电力-交通网协同运行机理研究、电力-交通网多时段协同优化运行、考虑不确定因素的电力-交通网协同优化运行、电力-交通网协同需求响应、电力-交通网安全运行、基于自动驾驶和智慧交通系统的电力-交通网协同优化运行、多场景下的电网-交通网耦合形态研究等。

本文引文信息

吕思,卫志农. 基于动态无线充电的电力-交通网协同优化运行研究综述与展望[J]. 全球能源互联网,2019,2(5):484-491.


Lyu Si, Wei Zhinong. Coupling electricity and transportation networks to achieve dynamic wireless charging: review and prospects [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(5): 484-491 (in Chinese).

研究团队

河海大学电力系卫志农教授团队目前拥有教授1人,副教授4人,讲师1人,研究生50余人。团队主要从事综合能源系统、电力系统运行与控制、电力市场等研究。近年来,团队成员负责国家自然科学基金项目6项、参加国家重点研发计划(863)项目3项。发表SCI/EI论文250余篇,其中ESI高被引1篇,F5000领跑者2篇,授权发明专利60余件、软件著作权3件。获国家科技进步二等奖1次,省部级奖6次。

作者简介

卫志农


男,博士,教授


研究方向为电力系统运行与控制、输配电系统自动化

E-mail:wzn_nj@263.net

吕 思


男,硕士研究生


研究方向为电力-交通网协同运行,优化理论及其在电力系统中的应用

E-mail:woailanqiust@163.com

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编辑张鹏

审核:白恺


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