电力市场环境下基于实时交通流的电动车充电设施交易模式及运行优化研究

Along with the growing penetration of electric vehicles (EVs) in China, the promotion of EV charging facilities is falling behind due to unclear business model, weak profitability as well as the weak ability of interacting with distribution network. Since EV will play a domination role in the future automotive market, it is important to establish appropriate business model of charging facilities, improve their operational efficiencies and facilitate the interaction capabilities with power distribution network. This project aims to undertake the research in the areas of EV charging facility demand modelling, the business model in electricity market and the real-time optimization of charging facilities operation considering the multi-source heterogeneous data including traffic flow data and power network data in the electricity market environment. The main research work of this project include: 1) research on the EV charging facility coupling model with traffic flow data and distribution network data, establish the time-series charging demand model in different scenarios 2) considering the multiple contract form in electricity market, propose the trading mode of EV charging facilities using agent-based methodology for multi-region domain and P2P trading methodology for inner region domain 3) considering the request of real-time optimization for EV charging facilities and the scenarios that the ICT network is in congestion or under attack, propose the real-time optimization approaches for EV charging facilities based on deep reinforcement learning and data predictive control technologies.

目前，在电动汽车步入快速发展期的同时，我国充电设施结构性供给不足、行业盈利能力低、难以与电网互动、尚未有成熟的商业模式。如何构建合理的充电设施商业模式、增强与电网的互动度、提升相应盈利能力，避免充电设施的资源浪费，已成为当前亟需解决的实际问题。本课题在电力市场环境下，考虑交通流等多源异构数据，分别从充电设施的耦合建模、利用充电设施参与多样化电力市场交易及充电设施的实时运行优化三个方面开展充电设施的交易模式及运行优化研究，具体包括1）研究差异化场景下计及实时交通流及区域电网的充电设施耦合关系、提出不同场景下结合多元异构数据的充电设施时序负荷模型2）针对电力市场的多样化合约形式、提出区域间以区域代理商模式参与电力市场交易及区域内的充电设施端对端（P2P）交易模式，并开发相应的博弈模型及求解方法3）针对充电设施运行优化的实时性需求，考虑网络攻击或网络阻塞情况下的数据缺失场景，提出基于深度强化学习

在我国应对气候变化和环境污染问题、实现碳减排目标和能源结构低碳转型等现实需求下，积极推广电动汽车已成为我国新时期可持续发展战略的重要组成部分。为解决我国充电设施建设及电动汽车推广存在的充电设施结构性供给不足、行业盈利能力低、难以与电网互动、尚未有成熟的商业模式等问题，本项目构建了电力市场环境下基于实时交通流的电动车充电设施的电力交易模式及运行优化方法。首先，研究了基于消费者意愿和市场扩散的网约车电动化模型，依次建立了基于感知价值理论的消费者购买意愿模型，燃油车辆、混合动力类车辆和电动汽车的平均运营模型，以及网约车和普通私家车情景下电动汽车市场扩散多Agent模型，预测了我国2020-2040年网约车和普通私家车电动汽车市场发展趋势。其次，研究了基于道路覆盖率的城市充能站规划方法，其中电动汽车、氢气汽车、燃气汽车日路径生成方法中考虑了车辆属性和用户驾驶习惯，并基于此构建了双层充能站规划模型，上层模型基于路径可行性分析和截流模型构建充能站布局方案备选库，下层模型建立以社会总成本最低和用户满意度最高为目标的优化函数，从布局方案备选库中选取最优的规划方案，并将该模型应用到81个交通节点的规划区域，研究低碳汽车市场份额对充能站布局和总成本的优化决策的影响，比较单功能充能站和多功能充能站的建设差异。最后，研究了考虑多主体利益均衡的低碳汽车充能站规划与定价方法，建立了考虑政府、司机和充能站运营商多主体利益均衡的双层模型，其中，政府作为上层模型的决策者，从社会效益最大化的角度对充能站收费价格矩阵进行优化并以此为转移变量传递给下层，下层各运营商根据充能站收益最大化目标函数决定充能站规模再传递给上层，将双层规划模型应用于考虑城市功能分区的中小型城市网络，结果表明所提出的规划和定价方法具有较高的设备利用率、较高的用户满意度和较短的投资回收周期。