V2G系统中电动汽车充电调度与信息传输优化策略研究

Along with the gradual increase of the proportion of electric vehicles (EV) in automotive market, the technologies of vehicle-to-grid (V2G) systems become the hot research topic in the field of Intelligent Transportation Systems. The design goal of V2G system is to avoid heavy load, which will be caused by the simultaneous power charging from a large number of EVs, and also to provide low-cost, flexible and convenient charging service for EV users. The existing electric energy allocation strategies cannot meet the requirements of charging service for EVs due to realistic constraints, such as travel plans of EVs, distribution of charging stations and number of charging interfaces etc. Furthermore, the high mobility of EVs, the complex diversity of wireless channels and the constancy of information exchange significantly challenges the design of wireless communication platform for V2G systems. This project intends to explore the characteristics of V2G systems that can support the two-direction exchange for both energy and information. Specially, we focus on intelligent charging scheduling schemes for EVs in parking mode, the cooperative model of multi-EV electricity feedback, travel plan based scheduling strategy of EV charging, the adaptive wireless access and optimal forwarding strategies in VANETs, and the priority based multi-rate multi-channel medium access control mechanism. Through the theoretical modeling, analysis and system-level simulation, we attempt to find the answers of the scientific questions in the process of charging scheduling and information delivery in V2G systems.

随着电动汽车（EV）的市场占有率逐步提高，电动汽车入电网（V2G）系统开始成为智能交通领域新的研究热点，其目标是避免大量EV同时充电造成电网超负荷运行，并为EV用户提供费用低廉、灵活便利的充电服务。由于EV充电受行驶计划、充电站分布及容量等因素限制，已有的电量资源分配策略难以满足EV灵活的充电需求。另外，行驶EV的高移动性、无线信道的复杂多样性、信息交互的持续性，都给V2G系统的无线通信支撑平台设计带来巨大挑战。本项目拟探索能量与信息双重双向交互环境下的V2G系统特性，并重点研究EV停驶模式下的智能充电调度技术、EV向电网反向馈电的合作博弈模型、基于行驶计划的EV充电调度策略、车联网自适应接入与转发优化策略、以及区分优先级的多速率多信道介质访问控制机制。项目通过分析建模和系统仿真，解决V2G系统充电调度和无线信息传输领域的科学问题，为发展电量调度和通信统一平台下的V2G系统提供技术支撑。

本项目旨在创建电量调度和通信统一整合平台下电动汽车入电网（V2G）系统理论体系，避免大规模EV接入电网带来的电网重负荷，为电量资源分配和EV智能充馈电选择提供理论依据，解决V2G系统充电调度和信息传递过程存在的科学问题。.项目结合了电动汽车高移动性、基于行驶计划按需充电、异构无线网络接入等特点，建立了较为完整的V2G电量资源调度和信息传输架构。在停驶模式下的 EV 充电调度方面，我们研究了基于实时电价激励机制的充电调度算法，使得电网负荷曲线的峰谷差异下降了38.9%，并大幅节约EV充电成本。我们建立了供电公司与电动汽车用户间的斯塔克尔伯格博弈模型，以此设计了新能源供电系统中的电动汽车充电调度优化策略。在EV智能馈电方面，项目组提出了基于拍卖理论的EV馈电团售策略，基于合同理论的车辆间直接电能交换机制，并采用匹配理论实现了充馈电车辆间的动态优化适配，提升了电量交换的效率和馈能EV用户的收入。在行驶模式下的 EV 充电调度优化方面，提出了基于合同理论的车队充电控制策略，增加了充电站服务效用；针对电动汽车与充电站之间的多对一匹配模型，设计了稳定匹配算法以及异构V2G场景下的两阶段EV充电调度策略，保证了充电服务质量和用户体验。在多模无线接入与传输机制方面，我们提出了基于联合竞价的异构车联网接入选择机制，降低了EV用户的通信成本，并设计了一种优化充电车辆效用的多车协同频谱检测机制。在无线信道访问控制方面，提出了一种多优先级的动态p坚持自适应无线接入算法，提升了网络传输性能；在分析网络连通性概率与信道系统吞吐量关系的基础上，设计了基于通信满意度的车队多优先级区分接入策略。另外，项目组设计并实现了基于NS3的网络级仿真平台V2G Simulator，可用于研究V2G系统中通信与电力资源调度技术。