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光伏发电技术 储能系统 可靠性分析 ★ 5.0

电动汽车与光伏不确定性下的电力系统可靠性评估

Power System Reliability Assessment Under Electric Vehicle and Photovoltaic Uncertainty

作者 Jitendra Thapa · Joshua Olowolaju · Mohammed Benidris · Hanif Livani
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年1月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统 可靠性分析
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电动汽车 光伏发电 电力系统可靠性 不确定性 可靠性评估
语言:

中文摘要

近年来,为减少对化石燃料的依赖、降低排放并推动可持续能源发展,电动汽车(EV)的普及以及光伏(PV)等可变能源资源的使用量均有所增加。然而,电动汽车和光伏的广泛应用给电力系统的可靠性带来了前所未有的挑战。挑战在于太阳能发电固有的间歇性,以及电网需求侧电动汽车充电负荷带来的不确定性。因此,从电力系统运行和规划的角度来看,在可靠性评估框架中考虑这些资源输出功率的不确定性是必不可少的。本文建立了一个考虑不同充电站位置、电动汽车类型和驾驶员行为的电动汽车负荷模型。此外,所提出的方法通过利用K近邻回归器进行区间预测,整合了光伏发电的不确定性。采用顺序蒙特卡罗模拟方法,分析了光伏区间(预测的发电下限和上限曲线)、电动汽车负荷(小时负荷和峰值负荷)、线路故障以及与电动汽车相关的人口特征对电力系统可靠性的影响。利用离散卷积方法,将可靠性评估扩展到敏感性分析,并评估电动汽车负荷和光伏发电曲线对不同容量光伏发电机容量价值的影响。所提出的方法在IEEE可靠性测试系统上进行了验证,结果表明该方法通过明确考虑光伏发电的不确定性和电动汽车的复杂性,在确定电力系统可靠性方面是有效的。

English Abstract

In recent years, the adoption of electric vehicles (EVs) and variable energy resources such as photovoltaic (PV) has increased with the desire to reduce reliance on fossil fuels, decrease emissions, and promote sustainable energy. However, the increasing adoption of EVs and PVs has introduced unprecedented challenges to the reliability of power systems. The challenge lies in the inherent intermittency associated with solar generation and the uncertainty introduced by the charging load of EVs on the demand side of power grids. Therefore, it is indispensable from the perspective of power system operation and planning to consider the uncertainties associated with the output power of these resources in the reliability assessment framework. This paper develops an electric vehicle load model considering diverse charging station locations, EV types, and drivers' behavior. Also, the proposed method integrates the uncertainty of PV generation through interval prediction utilizing the K-Nearest Neighbors regressor. A sequential Monte Carlo simulation is used to analyze the impact of PV interval (forecasted lower and upper generation profile), EV load (hourly and peak), line failures, and demographic characteristics associated with EV on power system reliability. The reliability assessment is extended to sensitivity analysis and evaluation of the impact of EV loads and PV generation profiles on the capacity value of PV generators with different capacities, utilizing the Discrete Convolution approach. The proposed approach is demonstrated on the IEEE Reliability Test System and the results show the effectiveness of the proposed approach in determining the reliability of the power system by explicitly accommodating PV uncertainties and the intricacies of EVs.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文所探讨的电力系统可靠性评估方法对我们在光储充一体化解决方案领域具有重要的战略参考价值。

论文核心聚焦于光伏发电间歇性和电动汽车充电负荷不确定性对电网可靠性的双重影响,这恰好切中了我们当前业务布局的关键痛点。其采用的K近邻回归进行光伏出力区间预测和蒙特卡洛仿真方法,为我们的智能能量管理系统(EMS)提供了理论支撑。特别是论文中对不同充电站位置、车辆类型和用户行为的建模方式,可直接应用于优化我们的储能系统容量配置策略,提升光储充场站的经济性和可靠性。

从产品开发角度,该研究揭示的光伏容量价值评估方法可指导我们的逆变器和储能变流器(PCS)在并网场景下的功率调度算法优化。通过精准预测光伏出力区间和电动汽车负荷峰值,我们可以在储能系统中集成更智能的削峰填谷和需量管理功能,增强产品在微电网和虚拟电厂应用中的竞争力。

技术成熟度方面,论文采用的IEEE标准测试系统验证表明方法具备工程化基础,但实际应用仍需考虑中国电力市场的特殊性,如峰谷电价机制、充电设施布局特征等本土化因素。主要挑战在于实时数据获取和计算效率,这要求我们在边缘计算和云平台协同方面加大投入。

这项研究为阳光电源深化"源网荷储"一体化解决方案提供了方法论支持,特别是在工商业园区、高速公路服务区等光储充融合场景中具有直接应用价值,建议将相关算法纳入下一代能量管理系统的研发路线图。