logo全球能源互联网期刊信息服务平台

西南交通大学何正友、向悦萍等:电力与交通系统协同运行控制的研究综述及展望

电力与交通系统协同运行控制的研究综述及展望

何正友,向悦萍,杨健维,王玘,廖凯

(西南交通大学电气工程学院)


本文得到国家自然科学基金、四川省科技计划项目资助。本文发表在《全球能源互联网》2020年第6期,欢迎点击品读

文章导读

随着交通系统电气化程度不断提高,电力系统与交通系统的交互影响日益显著,两系统逐步呈现出深度融合的形式,电气化交通及其充电/供电设施成为电力系统与交通系统融合的关键枢纽。电力系统与交通系统的协同发展将是城市经济高效生产、安全稳定运转、可持续发展需求下的必然趋势,电力系统与交通系统的协同运行控制是能源系统实现低碳、清洁、高效、安全的重要技术手段。本文在综合分析现有研究的基础上,阐述了电力-交通协同运行控制架构,总结了电力系统与交通系统交互影响的研究成果,重点梳理了两系统协同运行控制的研究现状,最后探讨了电力系统与交通系统协同发展的研究展望,以及进一步发展面临的关键问题。

重点内容

电力系统与交通系统的耦合结构示意图


01

电力系统与交通系统的交互影响

电动汽车的无序充电会带来谐波,引起配电网电压偏差和严重的三相不平衡状态,造成电网负荷“峰上加峰”,配变负载率超过其安全运行水平。城市轨道交通的迅速发展也给城市电网带来了电压波动、谐波等问题。城市轨道交通在高密度运行情况下会产生杂散电流,杂散电流入侵城市电网主变压器,引起直流偏磁,影响变压器工作寿命。

另一方面,电网的扰动可能经由充电站和电动汽车的耦合向交通网蔓延,电动汽车的行为特性和交通网的路况发生突变,故障在交通网与电网中交互传播,甚至可能发展为连锁故障。电力系统故障向交通系统的传导,加剧了电力系统故障造成的社会影响。然而,现有研究成果中对交通网与电网故障传播的研究较少。

电气化交通接入也给城市电网优化运行带来了一定的机会和效益,主要体现在电动汽车有序充电,退役电池储能,以及参与电网的辅助服务。

02

电力-交通协同运行控制相关研究综述

1)电气化交通负荷建模与预测

现有的电动汽车负荷建模主要从时序特征建模、空间分布建模两个方面展开研究。城轨牵引负荷建模的研究方法主要分为基于牵引计算的动态建模、基于电气拓扑与控制理论的仿真建模与基于实测数据的数值建模。

2)电气化交通的优化调度与控制

现有研究主要包括电动汽车的有序充放电调度与控制、智能充电导航、电动汽车参与辅助服务。电动汽车有序充放电调度常以降低网损、减少电压偏移为目标,通过电价机制激励电动汽车响应调度;有序充放电控制可以分为单一车辆充电控制、集群控制、区域电力系统电动汽车充放电控制。结合调度与控制的有序充放电管理,常通过上层调度、下层控制的双层优化策略进行研究。智能充电导航常结合交通信息,考虑用户出行需求、用户满意度与续航里程,通过优化电动汽车出行的距离成本、时间成本以及充电站设备利用均衡率等目标,智能地规划电动汽车在行驶途中的充电路径。电动汽车作为可调度的移动储能,可向电网提供无功功率支持、有功功率调节,主要参与系统调频调压(负荷备用)和旋转备用等辅助服务,从而减轻系统对机组的调节需求,提高系统运行经济性和可再生能源的消纳能力。

3)考虑电气化交通的电力系统优化运行

考虑电气化交通的电力系统优化运行研究主要集中在机组组合、经济调度、调频和备用服务等,在配网层面还包括含电气化交通的配网重构、最优潮流、无功优化、阻塞管理等。除了参与系统协同调度,电动汽车也常考虑在微电网能量管理的相关研究中。由于轨道交通不具备电动汽车的调度灵活性,且轨道交通的供电网络通常相对独立于配网,故考虑电气化交通的电力系统优化运行研究一般不涉及轨道交通。但也有研究针对以轨道交通为主的微电网展开。

4)电力-交通协同的系统优化运行

由于轨道交通的供电相对独立,而电动汽车可由系统灵活调度,对电力-交通协同的系统优化运行的研究主要集中在城市路网与配电网的协同优化运行。交通流、路段通行容量及拥挤情况等信息充分地反映了交通网在电力-交通融合系统中的影响。电力-交通协同系统优化运行的相关研究考虑交通网的运行情况,常通过交通流分配刻画交通流的分布,通过电力潮流刻画电力流分布,求解电力系统最优潮流和电动汽车最优路径选择。制定随供需变化的价格机制,引导交通负荷主动响应,也是电力系统与交通系统协同运行控制的重要手段,一般通过路段通行费用/路段拥挤费用来调控交通网侧的车流分布,以节点边际电价作为电价信号反映电网阻塞情况。

03

电力与交通协同发展的研究展望

随着信息物理系统和物联网的发展,电网与交通网运行数据的采集、传输、存储与分析将更容易实现,借助信息通信技术、大数据技术、人工智能等技术支持,电力系统与交通系统的协同发展需从以下几个方面进行重点研究:

1)协同系统海量运行节点的数据采集、传输与存储;

2)基于多源数据融合与数据驱动的电力-交通协同运行分析;

3)多时间尺度下电网与交通网的广义网络流建模与分析;

4)用户社群复杂社会化行为表征建模与信息激励影响分析;

5)电力-交通协同系统的故障特性分析与保护控制技术;

6)电力-交通协同系统各类运营平台间的互联互通与数据隐私共享。


电力-交通协同发展的生态体系形成仍有许多关键问题亟待解决,例如:

1)电力-交通协同发展离不开城市所在地交通管理、能源供应部门、社会相关企业的沟通协作,行业间的战略合作与信息互通需要进一步推进;

2)电力与交通协同发展过程中涉及到众多部门、企业与用户,电力-交通协同运行各环节的利益主体、权责部门需要明确;

3)电力-交通协同发展离不开良好的市场效益,需要探索新的商业模式与市场化运作机制;

4)作为电力-交通协同发展的重要参与者,用户对系统引导与政策响应的程度影响着系统的综合发展空间,面向用户的宣传渗透需更积极、更广泛。

本文引文信息

何正友,向悦萍,杨健维,等. 电力与交通系统协同运行控制的研究综述及展望[J]. 全球能源互联网,2020,3(6):569-581.


HE Zhengyou, XIANG Yueping, YANG Jianwei, et al. Review on cooperative operation and control of transportation and power systems[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(6): 569-581(in Chinese).

研究团队

西南交通大学何正友教授团队((交通)能源互联网研究中心)主要从事能源互联网、电网保护及配网自动化、牵引供电系统可靠性与健康诊断、无线电能传输及应用等领域的研究工作。团队入选“四川省青年科技创新研究团队”、四川省国际合作基地,共获得国家科技进步奖二等奖2项,主持获得教育部科技进步二等奖、中国铁道学会科技进步一等奖等省部级奖励5项;共发表学术期刊论文400余篇(SCI收录80余篇,EI收录350余篇)。

作者简介

何正友


教授,博士生导师,长江学者特聘教授


主要研究方向为交通能源融合、信息理论在电力系统中的应用等。

向悦萍


博士研究生


主要研究方向为电力交通协同交互。

杨健维


副教授


主要研究方向为配电网故障定位、电动汽车优化调度等。

王玘


助理教授


主要研究方向为电力大数据与人工智能等。

廖凯


副教授


主要研究方向为电力系统稳定分析与控制、新能源电力系统保护与控制等。

编辑:李锡

审核:白恺

相关精彩阅读

2020年第6期精彩导读“能源战略与能源互联网”专题

国家发展改革委能源研究所刘坚:电动汽车储能技术应用潜力及功能定位研究

华北电力大学刘敦楠等:电动汽车参与电力市场的商业运营模式研究

北京交通大学许寅、和敬涵等:考虑配电网韧性与充电便利性的电动汽车充电站布点方法

河海大学吕思,卫志农:基于动态无线充电的电力-交通网协同优化运行研究综述与展望

国网电动汽车公司刘永相等:基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系研究


郑重声明

根据国家版权局相关规定,纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编本网站作品,需包含本网站名称、二维码等关键信息,并在文首注明《全球能源互联网》原创。
个人请按本网站原文转发、分享。