电力-交通耦合网络下的快充站规划研究

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为响应“双碳”政策,以电力能源代替化石能源的电动汽车产业在近几年蓬勃发展,成为了当前电力、交通、化工等多行业共同关注的热点问题。其中,电动汽车快充站以其充电速度快、效率高等优点逐渐占据了公共场景下的充电市场;同时,快充站所带来的高随机性、陡增的充电负荷为电网的安全和稳定运行带来了巨大的冲击。在这一新兴电力-交通网络互动环境下,为更好地提供充电服务,并有效应对快充负荷对电力网络带来的不利影响,快充站的位置选取和容量配置、相应配电网的扩展规划方案,都将直接影响到电力系统的运行策略和运行状态,进而影响到电动汽车接入电网的经济效益和环境效益。基于这一背景,本文研究了当前电动汽车充电系统中出现的一些新状况、新趋势对电动汽车充电站和配电网的规划带来的影响,探索了电力-交通耦合环境下配电网和充电网络的优化配置方法,主要研究内容如下:(1)提出一种考虑充电站间流量分配的序贯容量截流选址模型。传统截流选址模型未处理待建充电站内部车流分配关系,导致充电站规划不合理。针对此问题,将截流选址模型拓展为一个两阶段优化模型:在第一阶段选出捕获最大车流的节点集合作为充电站待建节点;在第二阶段将捕获的最大车流在选定充电站之间进行重分配,根据经济性和运行效率最优的目标函数优化得出各个充电站的容量。利用遗传算法进行求解,算例仿真结果显示相比于传统截流选址模型,该模型可以有效地对各充电站间车流进行分配,进而使得充电站规划容量更加合理,提升了充电站规划经济性和运行效率。(2)面向电力-交通耦合网络,提出一种协调配电网扩展规划和充电站规划利益的随机双层优化模型。以配电网方作为上层,追求规划经济性进行线路的新建、升级和变电站扩容;以充电站作为下层,追求规划成本最低和运行效率最高。两层变量交互分别为各节点充电站容量规划上限和日充电负荷曲线。考虑到负荷同时率问题,利用机会约束对电网潮流约束进行松弛。上层采用改进遗传算法求解,下层采用遗传算法求解。算例仿真显示考虑配电网和充电站协调规划能够有效降低充电负荷对配电网带来的冲击。(3)考虑充电网络内部竞争关系,提出一种基于多策略演化博弈的充电站规划模型。首先,根据站间共同捕获车流构建充电竞争网络;接着,考虑充电服务市场特性,提出了两种具有不同性质的充电站服务商类型,并且引入激励-惩罚政策研究其对充电站服务网络规划策略的影响。最后,搭建基于多策略集合的充电网络演化博弈模型,进行博弈均衡求解。算例仿真显示,充电站对站间竞争关系的重视程度和惩罚-补贴政策的力度均会对充电站规划策略、收益造成影响。
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