充电负荷

快充站(fast charging station,FCS)是电动汽车(electric vehicle,EV)的重要能源供给设施。随着EV的推广应用，快充负荷也逐渐攀升，对配电网运行产生了一定影响。然而，快充负荷作为一种需求侧响应资源，可通过有序充电控制缓解EV接入给配电网运行带来的负面影响，因此文中提出考虑用户充电决策行为的EV充电引导策略。首先，考虑动态交通路况影响，利用出行链理论构建EV移动模型，进行用户出行模拟，并刻画剩余电量的时空分布。其次，考虑剩余电量、充电设施分布与充电服务价格，利用后悔理论构建用户充电决策模型，并刻画充电负荷时空分布。然后，以配电网网损最小为目标，构建充电服务价格优化模型，通过优化公共FCS的充电服务价格，引导充电负荷时空分布。最后，对不同服务价格方案进行对比，结果表明，文中方法对小容量车型的引导效果更好，且用户时间消耗等效折算系数越大，文中方法对充电负荷引导的效果越好。

针对山地城市电动汽车充电站的规划需求，研究了山地城市道路特性，改进了充电负荷预测与充电站规划方法，主要包括：研究了山地城市道路空间特性，建立了电动汽车单车耗电模型；分析了山地城市单车耗电特性对充电负荷时空分布的影响，结合改进Floyd最短路径算法建立了群体充电负荷预测模型；考虑了充电负荷时空分布受充电站选址的影响，提出负荷预测与充电站规划迭代计算方法；以充电负荷时间维度波动更小与空间分布更均衡为目标，提出了新型山地城市充电站规划方法。通过遗传算法Matlab仿真求解表明，上述建模方法能够实现对山地城市充电站的更合理规划：一方面，显著降低电动汽车充电负荷波动；另一方面，使得各站充电负荷更加均衡。

未来电动汽车(electric vehicle, EV)以及光伏(photovoltaic, PV)在配电网中的接入比例逐渐增高，这不仅带来了复杂的不确定性问题，而且导致了配电网净负荷时空分布的不均衡，从而产生了弃光、失负荷以及潮流分布不均匀的问题。基于此，考虑电动汽车充电负荷以及光伏的不确定性，提出了一种基于柔性多状态开关(flexible multi-state switch, FMS)和动态重构的含高比例电动汽车-光伏配电网灵活运行方法。首先，基于FMS灵活功率调控和网络动态重构，构建了支撑高比例电动汽车-光伏接入的配电网灵活运行框架。其次，利用蒙特卡洛随机模拟法对各类电动汽车充电负荷以及光伏出力进行不确定性建模，建立了基于场景集以及场景缩减法的随机规划模型。然后，建立了以弃光、失负荷、FMS损耗、网损成本最小和负荷均衡度最优为目标的配电网灵活运行模型。最后，在158节点系统上通过算例验证了所提方法的有效性。

基于研究成果，通过分析居民区常规用电负荷及充电负荷曲线特征，进一步提出了引导用户参与有序充电的措施以及充电保障实现路径：（1）本报告提出的有序充电引导措施包含分时补能价格引导措施、需求响应激励措施、碳普惠激励措施等。（2）2023-2025年优先开展老旧和次新小区内部及周边公共充电桩建设，新建小区按需配建；保障拥有固定车位的电动车主全面安装有序充电桩；优先引导老旧和次新小区参与有序充电示范。（3）2026-2030年推动居民区充电桩全面参与有序充电调控；优先引导老旧和次新小区内部及周边公共充电桩局部改造为大功率充电桩。并以时间为轴线从政策、技术、管理、标准、商业模式等方面提出充电保障政策建议，推动有序充电在居民区逐步落地，实现私人电动乘用车规模化增长的充电保障与城市电网协调发展。

针对山地城市电动汽车充电站的规划需求，研究了山地城市道路特性，改进了充电负荷预测与充电站规划方法，主要包括：研究了山地城市道路空间特性，建立了电动汽车单车耗电模型；分析了山地城市单车耗电特性对充电负荷时空分布的影响，结合改进Floyd最短路径算法建立了群体充电负荷预测模型；考虑了充电负荷时空分布受充电站选址的影响，提出负荷预测与充电站规划迭代计算方法；以充电负荷时间维度波动更小与空间分布更均衡为目标，提出了新型山地城市充电站规划方法。通过遗传算法Matlab仿真求解表明，上述建模方法能够实现对山地城市充电站的更合理规划：一方面，显著降低电动汽车充电负荷波动；另一方面，使得各站充电负荷更加均衡。

本文基于中国电动汽车发展的相关政策与发展趋势，查阅相关调研结果，分析了私家电动车的充电方式及充电时间。建立了单个电动汽车日充电负荷特性模型，并根据私家电动车不同充电行为对应的充电功率，起始充电时间等来计算电动汽车中私家车的充电负荷，求取负荷特性曲线，采用matlab软件编程模拟。通过负荷曲线对中国未来私家电动汽车充电负荷进行预测分析。分析结果表明：随着中国电动汽车的发展，充电负荷将会对电网的运行和规划产生较大的影响，充电负荷峰谷差明显，负荷调控的潜力大。

电动汽车规模及其充电负荷特性把握不同于常规负荷特性分析与预测，其建模过程和描述方法应充分考虑各种因素，诸如区域地块属性、时间效应、电动汽车的移动性和规模的演化特征以及外部事件等的影响： 考虑电网公司如何有效应对大规模电动汽车接入，其中涉及到的电网的规划应与充电基础设施的建设实现协同、动态、有序、可持续的即促进又制约的动力学演进关系，其中还应考虑如城市地区、旅游景区、特定功能区域的特征将呈现显著差异： 下一步将针对电动汽车、充换电服务网以及配电网的动态发展过程，继续研究和提出双网动态评估方法及其双网协同规划策略，适应多网动态科学发展的需求。

针对大规模电动汽车(electrical vehicle, EV)接入微电网造成的负荷压力，提出一种考虑充放储一体站(charging-discharging-storage integrated station, CDSIS)与EV互动的主从博弈优化调度策略。首先，通过建立CDSIS模型，并针对CDSIS多场景进行分段设置。其次，建立动态路网模型并结合EV出行特性，预测城市区域路网约束下的EV充电负荷时空分布。并根据预测结果建立EV及CDSIS多目标主从博弈优化调度模型，对EV用户、CDSIS收益进行多目标协调。最后，以某城市主城区域部分交通路网结合IEEE33节点配电系统进行仿真，分析电价与CDSIS储能设备容量对城市区域内EV用户和CDSIS站收益的影响。结果表明，所提主从博弈模型与调度策略能够使得EV用户与CDSIS双方得到最大收益。

本项目成果研究电动汽车在充电和换电两种模式的负荷建模与仿真技术，建立考虑时间维度和空间维度的电动汽车充电负荷预测模型和预测方法。研究海口运行的电动汽车动力电池充放电特性，建立基于PI观测器的动力电池荷电状态（StateofCharge，SOC）在线估算模型与方法：研究动力电池的极化电压特性，提出不影响动力电池寿命和安全条件下的快速优化充电策略，实现动力电池的快速优化充电。针对海口龙华充换电站运行特点，综合考虑电网负荷控制目标、车辆充/换电时空需求及充换电站（桩）实时状态，研究开发以用户距离最近、费用最省、充电最快为目标的电动汽车充换电设施与电网互动的能量和功率控制技术和用户充电成本和充电设施利用率兼顾的电动汽车时间空间联合调度策略。 通过本项目的建设和工程示范，“配电网与电动汽车充电设施互动技术”支撑了“电网友好型”服务网络，“电动汽车绿色环岛自驾游服务技术”支撑了“用户友好”服务网络。以兼顾“电网友好型”和“用户友好”建设环岛的电动汽车充换电服务网络，实现电动汽车的有序充电控制和引导，在满足电网需求的同时充分考虑电动汽车用户需求，为用户提供方便快捷的优质服务，不仅搭建了一个电动汽车运营公共服务平台，为满足未来电动汽车大规模普及应用场景下电动汽车用户的服务需求以及充换电设施的运营管理需求提供了一个坚强保障。

随着分布式光伏大规模发电的广泛应用，净负荷“鸭型”曲线特征明显，电动汽车白天充电无法充分利用新能源，夜间充电使原有负荷峰值叠加。为避免净负荷“峰上加峰”现象，文中以减小净负荷峰谷差为目标，实现充电负荷转移。首先，基于快慢充行为特征的统计数据，采用蒙特卡洛法模拟用户充电行为，实现未来充电负荷分布的预测，并根据慢充的入网特性以及快充的延迟充电特性建立快慢充负荷约束。然后，基于梯度下降法对负荷转移率进行计算，并引入用户消费心理学构建充电负荷价格响应模型。最后，对电网调峰的经济性进行分析以限定电价变动约束，以净负荷峰谷差最小为目标构建充电引导模型，并利用深度强化学习对其求解。仿真结果表明，所建模型和求解策略能有效引导充电负荷避开净负荷的峰期，并确定合理电价，减小电网的峰谷差。