電動汽車充電導航及分布式控制
1.痛點問題
電動汽車在未來將大規(guī)模接入電網(wǎng)。在居民小區(qū)與公共慢充站等場景下,優(yōu)化已接入電動汽車充電功率可實現(xiàn)削峰填谷、提高新能源滲透率和改善電壓水平。由于單輛電動汽車充電功率、電池容量過小,需要在電動汽車調(diào)度環(huán)節(jié)中引入集群代理作為中間商管理大型充電站或者同一供電區(qū)內(nèi)的電動汽車集群,并以此為單位參與電網(wǎng)調(diào)度。在獲得電網(wǎng)下發(fā)的集群調(diào)度結(jié)果后,集群代理通過優(yōu)化內(nèi)部電動汽車的充電功率,使所有電動汽車的總充電功率盡可能逼近理想曲線,從而使各電動汽車以對電網(wǎng)有利的方式充電。目前,該問題多采用集中優(yōu)化方案,需要各輛電動汽車向集群代理傳遞自身信息,當集群規(guī)模較大時,大量數(shù)據(jù)的存儲和處理將占用較多資源,計算時間也較長,也和電動汽車的自治性不符。但采用分散優(yōu)化方案時算法設計不當,分散優(yōu)化算法結(jié)果有可能只是次優(yōu)解甚至不可行。
另一方面,未來公共快充站的普及和車輛充電功率等級的提升將給電網(wǎng)運行帶來新的挑戰(zhàn)和機遇:一方面,公共充電站快充負荷的天然不確定性疊加上車輛大功率快充模式,使得部分充電站的充電負荷具有功率大、間歇性和波動性強等特點;如果不對這些公共充電站的快充負荷做合理調(diào)控,可能導致配網(wǎng)部分電壓越限、電能質(zhì)量惡化、甚至設備過載等問題;另一方面,電動汽車具有空間移動特性,在充電導航下,起到優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布、促進新能源發(fā)電消納、維持配網(wǎng)節(jié)點電壓水平、實現(xiàn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行等目標。目前,電動汽車導航多局限于簡單的車輛路徑規(guī)劃問題,缺乏對交通-電力信息的綜合考慮,無法實現(xiàn)電力-交通融合網(wǎng)絡的協(xié)同優(yōu)化,且在導航過程中對用戶隱私的保護不足。
2.解決方案
面向已接入充電的車輛,本項目提出一種對集群內(nèi)多輛電動汽車充電行為進行分布式優(yōu)化的方法,屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術(shù)領域。該方法采用停車場或者小區(qū)側(cè)的控制器作為優(yōu)化計算中的協(xié)調(diào)器,為各個汽車上的子控制器提供協(xié)調(diào)信息,子控制器根據(jù)這些協(xié)調(diào)信息優(yōu)化自身的充電功率曲線,并將信息反饋回協(xié)調(diào)器;如此進行迭代計算:首先由各汽車的子控制器初始化一個滿足自身充電要求的初始曲線,作為迭代的開始步驟;每一步迭代過后,協(xié)調(diào)器將會得到各個電動汽車改進后的充電功率,等迭代收斂得到的各個電動汽車的充電功率下發(fā)給子控制器。本方法所得到的充電方案將實現(xiàn)對理想曲線的最優(yōu)逼近。該成果既適應汽車的物理分布特性,同時又有較高的計算效率。
面向未接入充電的車輛,本項目提出了一種基于智能交通系統(tǒng)的電動汽車充電路徑規(guī)劃方法,綜合考慮了交通狀況和電網(wǎng)狀態(tài)。該方法基于智能交通系統(tǒng)實現(xiàn),包含四個模塊:電力系統(tǒng)控制中心、智能交通中心、充電站和電動汽車終端。電力系統(tǒng)控制中心根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)計算可用充電容量和充電站充電容量,并將結(jié)果傳輸至充電站。充電站確定其充電計劃,估計未來電動汽車的可用充電功率,并將這些數(shù)據(jù)傳輸至智能交通中心。在從智能交通中心接收可用充電功率數(shù)據(jù)和交通數(shù)據(jù)后,電動汽車終端估計不同站點的總充電時間,包括駕駛時間、等待時間和充電時間。駕駛員可以查看這些結(jié)果,并選擇導航至與最小總充電時間相對應的充電站。
合作需求
本項目擬應用于新能源汽車充電管理與新能源汽車充電導航場景。針對已接入充電的車輛,以集群形式參與電網(wǎng)調(diào)度,收到電網(wǎng)下發(fā)的集群優(yōu)化充電調(diào)度指令后,集群代理需優(yōu)化集群內(nèi)的電動汽車充電功率以追蹤電網(wǎng)指令,從而降低車輛用戶的充電費用。針對未接入充電的車輛,為電動汽車車主提供一條最佳充電路徑,節(jié)約車主的時間,提高車主的出行效率。而且充電站的選取充分考慮了電力系統(tǒng)的運行要求,避免電力擁塞的現(xiàn)象,保障電力系統(tǒng)的安全運行。
本項目希望獲得產(chǎn)品化所需資金與試點產(chǎn)地、開發(fā)團隊等孵化資源支持。有意向與國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等輸配電企業(yè),國網(wǎng)電動、特來電、星星充電等充電設施建設與運營企業(yè),百度地圖、高德地圖等地理導航企業(yè),售電公司與負荷聚合代理商合作。
清華大學
2022-05-31