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面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，發(fā)展清潔能源、保障能源安全、實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”，已成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的核心目標(biāo)之一。其中電動(dòng)汽車（Electric Vehicles, EV）作為移動(dòng)儲(chǔ)能單元，將電網(wǎng)與交通深度耦合，促進(jìn)智慧城市綠色化交通。大規(guī)模電動(dòng)汽車接入，給配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)了一定的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

經(jīng)國(guó)家電網(wǎng)公司測(cè)算，到2030年，電動(dòng)汽車整體電量需求將達(dá)到3400億kW?h，EV保有量預(yù)計(jì)達(dá)到6000萬(wàn)輛。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在電動(dòng)汽車調(diào)控方面做了大量研究，主要研究思路可概括為預(yù)測(cè)負(fù)荷需求時(shí)空分布，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)化布局充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而制定交通-電力耦合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的電動(dòng)汽車引導(dǎo)策略，引導(dǎo)未到站車輛分散前往充電站，避免部分站點(diǎn)擁擠現(xiàn)象，并基于V2G（Vehicle to Grid）技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車響應(yīng)電力輔助服務(wù)。

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國(guó)家能源局東北監(jiān)管局的研究人員從“預(yù)測(cè)”、“站-網(wǎng)”、“站-車”、“車-網(wǎng)”四方面形成整體閉環(huán)，探討智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行體系相關(guān)技術(shù)。

車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行體系中，電動(dòng)汽車是未來(lái)智慧城市交通-電力-信息耦合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵耦合元素，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷是分析電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)影響的基礎(chǔ)，亦是開(kāi)展電動(dòng)汽車與配電網(wǎng)互動(dòng)的必要前提。

充電站作為車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行體系能量樞紐單元，根據(jù)電動(dòng)汽車負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)“站-網(wǎng)”層面優(yōu)化布局；考慮配電網(wǎng)需求進(jìn)行有序充電引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)“站-車”層面的協(xié)同管理；接收電網(wǎng)調(diào)度信號(hào)并下發(fā)給電動(dòng)汽車，反饋電動(dòng)汽車充電信息至配電網(wǎng)，利用V2G技術(shù)實(shí)現(xiàn)“車網(wǎng)”層面互動(dòng)響應(yīng)。車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行交互特性如圖1所示。

圖1 車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行交互特性

根據(jù)車、站、網(wǎng)三者交互特性，研究人員深入探討車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行架構(gòu)的研究現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)，并沿電動(dòng)汽車充電需求時(shí)空分布預(yù)測(cè)、“站-網(wǎng)”協(xié)同布局與優(yōu)化、“站-車”有序引導(dǎo)、車-網(wǎng)互動(dòng)響應(yīng)技術(shù)這一主線綜述車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行架構(gòu)的最新研究成果，展望其未來(lái)研究方向。

• 電動(dòng)汽車充電預(yù)測(cè)方面，通過(guò)解析電動(dòng)汽車充電需求預(yù)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮動(dòng)態(tài)交通下基于信息物理融合的充電負(fù)荷預(yù)測(cè)方式是未來(lái)的重點(diǎn)研究課題；
• 充電設(shè)施布局方面，未來(lái)研究中需考慮交通-電力耦合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的充電設(shè)施布局方法；
• 充電站有序引導(dǎo)電動(dòng)汽車方面，以交通-電力耦合網(wǎng)絡(luò)建模作為有序引導(dǎo)基礎(chǔ)，建立路網(wǎng)耦合架構(gòu)下定價(jià)與路徑規(guī)劃的融合體系是必要且可行的；
• “車-網(wǎng)”互動(dòng)響應(yīng)方面，從配電網(wǎng)可靠性及經(jīng)濟(jì)性的角度論述了電動(dòng)汽車參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的可行性與有效性，提出電力系統(tǒng)儲(chǔ)能共享、集群調(diào)控?cái)?shù)據(jù)降維、電動(dòng)汽車響應(yīng)激勵(lì)等多方面建議，從而提升配電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性及用戶滿意度。

最后，研究人員對(duì)未來(lái)智慧城市電動(dòng)汽車參與互動(dòng)響應(yīng)的研究進(jìn)行了展望。

1 用戶行為畫像在電動(dòng)汽車充電預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

電動(dòng)汽車用戶行為畫像是指用戶在駕駛過(guò)程中留下的行為數(shù)據(jù)被大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)收集之后加工成一系列的標(biāo)簽，其本質(zhì)是簡(jiǎn)化的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。目前大部分文獻(xiàn)主要是對(duì)電動(dòng)汽車群體駕駛、停放特性的研究，并未深入探究電動(dòng)汽車用戶個(gè)體駕駛習(xí)慣、路徑選擇習(xí)慣、臨時(shí)更改路徑比率等特性。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，有必要深入探究用戶行為畫像在電動(dòng)汽車充電預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。

2 電網(wǎng)最優(yōu)潮流約束下多類型充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化

我國(guó)存在充電設(shè)施結(jié)構(gòu)性不足、充電樁總體利用率低、熱點(diǎn)區(qū)域充電排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。充電設(shè)施選址既要滿足充電需求，同時(shí)還需考慮電網(wǎng)負(fù)荷限制，以適應(yīng)城市內(nèi)最優(yōu)電網(wǎng)潮流限制與充電需求的突出矛盾。突破多目標(biāo)多階段多場(chǎng)景設(shè)施選址與配置優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交通與電力耦合網(wǎng)絡(luò)協(xié)同最優(yōu)下的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)布局是一個(gè)亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。

3 多網(wǎng)融合下配電網(wǎng)多時(shí)間尺度穩(wěn)定性評(píng)估方法

不確定性新能源、電動(dòng)汽車在配電網(wǎng)占比增加，使系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。然而，電動(dòng)汽車充放電行為的多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)控將導(dǎo)致配電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度發(fā)生變化，現(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法，尚缺乏統(tǒng)一的安全、穩(wěn)定判別標(biāo)準(zhǔn)。

4 多網(wǎng)融合充電服務(wù)綜合評(píng)估

“交通網(wǎng)-信息網(wǎng)-電力網(wǎng)”三網(wǎng)融合架構(gòu)下電動(dòng)汽車參與配電網(wǎng)需求響應(yīng)服務(wù)，需從經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、用戶滿意度的角度對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)估。

①經(jīng)濟(jì)性方面：分析充電站運(yùn)營(yíng)成本、新能源利用率等因素間耦合關(guān)系，建立層次化經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。②穩(wěn)定性方面：研究充電樁容量、用戶充電需求、電壓質(zhì)量指標(biāo)之間的影響規(guī)律，構(gòu)建刻畫系統(tǒng)安全域的穩(wěn)定性指標(biāo)。③用戶滿意度方面：分析電動(dòng)汽車分布規(guī)律與用戶充電排隊(duì)等待時(shí)間、充電價(jià)格之間的影響關(guān)系，構(gòu)建適用于多場(chǎng)景的用戶充電滿意度評(píng)估指標(biāo)與方法。

5 信息物理系統(tǒng)中云邊協(xié)同架構(gòu)的研究應(yīng)用

5G通信、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)不斷發(fā)展，在車-網(wǎng)互動(dòng)響應(yīng)中引入邊緣計(jì)算思想，能夠突破邊緣節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算的能力瓶頸，解決云計(jì)算模式占有大量計(jì)算資源，無(wú)法滿足電力物聯(lián)網(wǎng)高效協(xié)同要求的難題，實(shí)現(xiàn)智能化分析管控、邊緣設(shè)備實(shí)時(shí)控制、調(diào)度任務(wù)智能管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢、各方利益協(xié)調(diào)等功能，提高配電網(wǎng)供電可靠性。將傳統(tǒng)集中式云端架構(gòu)轉(zhuǎn)型為邊緣導(dǎo)向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構(gòu)技術(shù)將迎來(lái)更多的理論研究和工程應(yīng)用。邊緣導(dǎo)向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 邊緣導(dǎo)向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構(gòu)

邊緣導(dǎo)向式云邊協(xié)同優(yōu)化架構(gòu)中，充電樁作為信息感知層邊緣計(jì)算單元，聚合商為邊緣服務(wù)層，交通-電力-信息耦合網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)層。電動(dòng)汽車用戶與聚合商簽訂響應(yīng)合作協(xié)議參與配電網(wǎng)互動(dòng)響應(yīng)僅負(fù)責(zé)在協(xié)議規(guī)定時(shí)間內(nèi)接入充電樁，充放電調(diào)控交由聚合商自主進(jìn)行。

在此架構(gòu)下，信息感知層收集用戶行為規(guī)律信息，并計(jì)算實(shí)時(shí)可調(diào)度容量上報(bào)邊緣服務(wù)層。同時(shí)，實(shí)時(shí)接收邊緣服務(wù)層調(diào)控指令，在滿足電動(dòng)汽車用戶需求的背景下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能控制的互動(dòng)響應(yīng)服務(wù)。邊緣服務(wù)層與信息感知層之間實(shí)現(xiàn)可調(diào)度能力與實(shí)時(shí)控制的信息交互，與平臺(tái)層之間進(jìn)行信息反饋及指令傳輸。平臺(tái)層進(jìn)行各類信息收集、儲(chǔ)存、計(jì)算，并實(shí)時(shí)下發(fā)指令。

本文編自2022年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究綜述及展望”，作者為王海鑫、袁佳慧 等。