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光伏发电技术 充电桩 ★ 5.0

考虑变压器老化与无功功率调度的含多电动汽车充电站主动配电网实时能量管理方法

Real-Time Energy Management System for an Active Distribution Network With Multiple EV Charging Stations Considering Transformer's Aging and Reactive Power Dispatch

作者 Rayaprolu. M. Raghuveer · Bhavesh R. Bhalja · Pramod Agarwal
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年3月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 充电桩
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电动汽车充电站 能源管理 优化框架 模型预测控制 成本节约
语言:

中文摘要

本研究提出了一种针对多个电动汽车充电站(EVCS)的实时能量管理方法,这些充电站与光伏(PV)系统、风力发电机(WT)和电池储能系统(BES)集成于有源配电网(ADN)中。所提出的优化框架被构建为一个混合整数二阶锥规划问题,旨在最小化运营成本,同时减少变电站变压器的加速老化,并满足电动汽车(EV)用户的出行需求。此外,该框架还能满足有源配电网的潮流和电压约束条件,通过分别调度电动汽车和电池储能系统的有功功率和无功功率来确保实现全局最优。此外,为应对与电动汽车相关的实时不确定性,所开发的算法采用基于动态预测时域的模型预测控制技术运行。该算法应用于改进的 IEEE - 33 节点辐射状有源配电网,并通过一个整合了住宅和工作场所电动汽车充电站的实际案例研究验证了其有效性。此外,还使用改进的 IEEE 118 节点配电网测试了该方法的可扩展性。结果表明,与传统的电动汽车充电方法相比,该方法能大幅节省成本,显著降低变电站变压器的峰值需求并减少其寿命损耗,降低能量损耗,同时改善电压分布,更好地满足电动汽车的出行需求。

English Abstract

This study presents a real-time energy management approach for multiple electric vehicle charging stations (EVCSs), which are integrated with photovoltaic (PV) systems, wind turbines (WTs), and battery energy storages (BESs) in an active distribution network (ADN). The proposed optimization framework is developed as a mixed-integer second order cone programming problem that aims to minimize the operating cost while minimizing the accelerated aging of substation transformer and meeting the electric vehicle (EV) users driving needs. Additionally, it also fulfills power flow and voltage constraints of ADN ensuring global optimum which is achieved by scheduling both active and reactive powers of EVs and BESs, respectively. Furthermore, to address the real-time uncertainties associated with EVs, the developed algorithm is operated using dynamic prediction horizon based model predictive control technique. The proposed algorithm is applied on a modified IEEE-33 bus radial ADN, and its effectiveness is validated through a practical case study integrating both residential and workplace EVCSs. Additionally, the scalability of the proposed method is tested using a modified IEEE 118-bus distribution network. The results indicate substantial cost savings, significant reduction in the peak demand of the substation transformer along with its reduced loss-of-life, decreased energy loss while improving the voltage profile and better fulfillment of the EV driving requirements when compared to conventional EV charging methods.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项研究针对主动配电网中多电动汽车充电站的实时能源管理系统,与公司在光伏、储能及综合能源解决方案领域的战略布局高度契合。

该研究的核心价值在于构建了一个混合整数二阶锥规划优化框架,同时考虑变压器老化成本和有功无功功率协同调度。这为阳光电源的储能系统(BES)和光伏逆变器产品提供了明确的技术升级方向。特别是研究中提出的储能系统有功无功功率联合调度策略,可直接应用于公司PowerStack储能系统的控制算法优化,提升其在配电网侧的综合价值。同时,基于模型预测控制(MPC)的动态预测技术能够有效应对电动汽车充电的实时不确定性,这与阳光电源正在拓展的充储一体化解决方案形成技术协同。

从应用前景看,该技术在IEEE 33节点和118节点系统上的验证表明其具备良好的可扩展性,适合工商业园区、住宅区等多场景部署。研究显示的成本节约、峰值需求削减和变压器寿命延长等效果,能够为阳光电源的"光储充"一体化微网方案提供量化的经济性支撑,增强市场竞争力。

然而技术挑战同样存在:二阶锥规划的实时求解对边缘计算硬件要求较高,需要公司在能源管理系统(EMS)的嵌入式平台上进行算法轻量化;多利益主体协调机制的缺失可能影响实际工程落地。建议阳光电源将该研究成果纳入iSolarCloud平台的算法库,结合公司在逆变器和储能变流器方面的硬件优势,开发具有自主知识产权的主动配电网能量管理解决方案,抢占新型电力系统建设的技术制高点。