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面對日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，發(fā)展清潔能源、保障能源安全、實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”，已成為我國能源戰(zhàn)略的核心目標(biāo)之一。其中電動汽車（Electric Vehicles, EV）作為移動儲能單元，將電網(wǎng)與交通深度耦合，促進智慧城市綠色化交通。大規(guī)模電動汽車接入，給配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性帶來了一定的機遇與挑戰(zhàn)。

經(jīng)國家電網(wǎng)公司測算，到2030年，電動汽車整體電量需求將達(dá)到3400億kW?h，EV保有量預(yù)計達(dá)到6000萬輛。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在電動汽車調(diào)控方面做了大量研究，主要研究思路可概括為預(yù)測負(fù)荷需求時空分布，根據(jù)預(yù)測結(jié)果優(yōu)化布局充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，進而制定交通-電力耦合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的電動汽車引導(dǎo)策略，引導(dǎo)未到站車輛分散前往充電站，避免部分站點擁擠現(xiàn)象，并基于V2G（Vehicle to Grid）技術(shù)實現(xiàn)電動汽車響應(yīng)電力輔助服務(wù)。

沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國家能源局東北監(jiān)管局的研究人員從“預(yù)測”、“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)一體化運行體系相關(guān)技術(shù)。

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

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

圖1 車-站-網(wǎng)一體化運行交互特性

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)一體化運行架構(gòu)的研究現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)，并沿電動汽車充電需求時空分布預(yù)測、“站-網(wǎng)”協(xié)同布局與優(yōu)化、“站-車”有序引導(dǎo)、車-網(wǎng)互動響應(yīng)技術(shù)這一主線綜述車-站-網(wǎng)一體化運行架構(gòu)的最新研究成果，展望其未來研究方向。

• 電動汽車充電預(yù)測方面，通過解析電動汽車充電需求預(yù)測方法的優(yōu)缺點，考慮動態(tài)交通下基于信息物理融合的充電負(fù)荷預(yù)測方式是未來的重點研究課題；
• 充電設(shè)施布局方面，未來研究中需考慮交通-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)下定價與路徑規(guī)劃的融合體系是必要且可行的；
• “車-網(wǎng)”互動響應(yīng)方面，從配電網(wǎng)可靠性及經(jīng)濟性的角度論述了電動汽車參與輔助服務(wù)市場的可行性與有效性，提出電力系統(tǒng)儲能共享、集群調(diào)控數(shù)據(jù)降維、電動汽車響應(yīng)激勵等多方面建議，從而提升配電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟性及用戶滿意度。

最后，研究人員對未來智慧城市電動汽車參與互動響應(yīng)的研究進行了展望。

1 用戶行為畫像在電動汽車充電預(yù)測中的應(yīng)用

電動汽車用戶行為畫像是指用戶在駕駛過程中留下的行為數(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)是簡化的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。目前大部分文獻(xiàn)主要是對電動汽車群體駕駛、停放特性的研究，并未深入探究電動汽車用戶個體駕駛習(xí)慣、路徑選擇習(xí)慣、臨時更改路徑比率等特性。大數(shù)據(jù)與云計算等技術(shù)進一步發(fā)展，有必要深入探究用戶行為畫像在電動汽車充電預(yù)測中的應(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、熱點區(qū)域充電排隊時間長等問題。充電設(shè)施選址既要滿足充電需求，同時還需考慮電網(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)多階段多場景設(shè)施選址與配置優(yōu)化技術(shù)，實現(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)布局是一個亟待解決的科學(xué)問題。

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

不確定性新能源、電動汽車在配電網(wǎng)占比增加，使系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。然而，電動汽車充放電行為的多時間尺度優(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)綜合評估

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

①經(jīng)濟性方面：分析充電站運營成本、新能源利用率等因素間耦合關(guān)系，建立層次化經(jīng)濟性評價指標(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：分析電動汽車分布規(guī)律與用戶充電排隊等待時間、充電價格之間的影響關(guān)系，構(gòu)建適用于多場景的用戶充電滿意度評估指標(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)互動響應(yīng)中引入邊緣計算思想，能夠突破邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)存儲、計算的能力瓶頸，解決云計算模式占有大量計算資源，無法滿足電力物聯(lián)網(wǎng)高效協(xié)同要求的難題，實現(xiàn)智能化分析管控、邊緣設(shè)備實時控制、調(diào)度任務(wù)智能管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢、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)為平臺層。電動汽車用戶與聚合商簽訂響應(yīng)合作協(xié)議參與配電網(wǎng)互動響應(yīng)僅負(fù)責(zé)在協(xié)議規(guī)定時間內(nèi)接入充電樁，充放電調(diào)控交由聚合商自主進行。

在此架構(gòu)下，信息感知層收集用戶行為規(guī)律信息，并計算實時可調(diào)度容量上報邊緣服務(wù)層。同時，實時接收邊緣服務(wù)層調(diào)控指令，在滿足電動汽車用戶需求的背景下實現(xiàn)實時智能控制的互動響應(yīng)服務(wù)。邊緣服務(wù)層與信息感知層之間實現(xiàn)可調(diào)度能力與實時控制的信息交互，與平臺層之間進行信息反饋及指令傳輸。平臺層進行各類信息收集、儲存、計算，并實時下發(fā)指令。

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