安科(kē)瑞 陳聰

摘(zhāi)要:大(dà)量(liáng)電動汽車(EV)用戶的(dí)無序(xù)充(chōng)電可(kě)能造(zào)成(chéng)電網(wǎng)負(fù)荷(hé)劇(jù)烈波動(dòng),危(wēi)及電(diàn)網的(dí)安全(quán)穩定(dìng)。隨(suí)著EV入網(V2C)技(jì)術的應用(yòng),將(jiāng)EV充電站(zhàn)及其周(zhōu)邊(biān)的分(fēn)布(bù)式新能(néng)源發電(diàn)聚合為(wéi)虛(xū)擬(nǐ)電(diàn)廠(VPP)後進行(háng)優化調度(dù),有(yǒu)助於(yú)改(gǎi)善EV用戶(hù)充(chōng)放(fàng)電(diàn)的經濟性及滿(mǎn)意度(dù),同(tóng)時提高分(fēn)布式新能源(yuán)的(dí)利用率,平抑電網負(fù)荷波(bō)動,但(dàn)EV充(chōng)電(diàn)站(zhàn)的整(zhěng)體充(chōng)放電(diàn)負(fù)荷(hé)是大(dà)量個體(tǐ)EV用戶(hù)隨機(jī)行(háng)為的聚合,難以用數(shù)學(xué)模型(xíng)精確(què)描述。針對(duì)包(bāo)含EV的VPP,提出一(yī)種(zhǒng)基(jī)於深度(dù)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的(dí)交互式(shì)調(tiáo)度框架(jià),以*大化VPP內(nèi)EV用(yòng)戶的(dí)總(zǒng)效(xiào)益。VPP控(kòng)製(zhì)中(zhōng)心(xīn)作(zuò)為智能體決(jué)策EV個體(tǐ)的充(chōng)放電(diàn)動(dòng)作,無需(xū)掌(zhǎng)握(wò)個體(tǐ)詳細模(mó)型(xíng),而是通(tōng)過(guò)與區域電網(wǎng)環境的(dí)交(jiāo)互,不(bù)斷學(xué)習和(hé)更(gēng)新動(dòng)作策略,從(cóng)而(ér)克服(fú)集(jí)中(zhōng)式優(yōu)化(huà)方法(fǎ)的(dí)局限(xiàn)性。該(gāi)優化調(tiáo)度框架(jià)采(cǎi)用(yòng)深(shēn)度(dù)確(què)定性策略(lüè)梯度(dù)(DDPG)算(suàn)法進行求解。仿真(zhēn)結(jié)果(guǒ)表(biǎo)明,與集(jí)中式優(yōu)化(huà)方法相比,該優化算(suàn)法提高了各(gè)EV用戶的(dí)效益(yì),並(bìng)使EV充(chōng)放電負荷(hé)與分布式新(xīn)能源發電(diàn)協(xié)調配合(hé)實(shí)現(xiàn)削(xiāo)峰填穀，改(gǎi)善(shàn)了(liǎo)VPP的整體運行性能(néng)。

關(guān)鍵(jiàn)詞:虛擬(nǐ)電(diàn)廠(chǎng);電動(dòng)汽車;V2G;分(fēn)布式(shì)新能(néng)源;深度(dù)確定(dìng)性(xìng)策(cè)略(lüè)梯(tī)度算(suàn)法;優(yōu)化調(tiáo)度(dù);強化(huà)學(xué)習

一，引言

大(dà)量電(diàn)動汽車(Electric Vehicle,EV)的(dí)無(wú)序充電不(bù)僅會(huì)影(yǐng)響電(diàn)網的安全穩(wěn)定運行,而(ér)且會給(gěi)用(yòng)戶造成經(jīng)濟損失(shī)。事實上,EV充電(diàn)負荷不僅(jǐn)具(jù)有(yǒu)較(jiào)大的調節彈(dàn)性(xìng),而且可以(yǐ)基於(yú)E人網(wǎng)(Vehicle toGrid,V2G)技(jì)術實現(xiàn)發電和(hé)用電側的角(jiǎo)色(sè)轉換(huàn),具備很大(dà)的(dí)優化調(tiáo)度(dù)潛力(lì)。通(tōng)過搭建虛擬電廠(Virtual Power Plant,VPP)整合區(qū)域配電(diàn)網中的EV充放電(diàn)負(fù)荷(hé)及(jí)分布(bù)式新能源(yuán)發(fā)電資(zī)源(yuán),合(hé)理引導EV用戶的充(chōng)放(fàng)電行為(wéi),不但可以降低(dī)EV車(chē)主(zhǔ)的(dí)充電費用(yòng),提高(gāo)充(chōng)電(diàn)需(xū)求滿(mǎn)足(zú)程(chéng)度(dù),同時(shí)可(kě)使(shǐ)EV充(chōng)放電負荷(hé)與分布式(shì)新能源(yuán)發電協(xié)調(tiáo)配(pèi)合(hé),提(tí)高新(xīn)能(néng)源利(lì)用率(shuài),平(píng)抑 VPP整體負荷的波動(dòng)。VPP是電力(lì)係(xì)統中智(zhì)能配(pèi)電網(wǎng)運(yùn)行的重要技術,通過(guò)創建(jiàn)一個 VPP控製(zhì)中(zhōng)心(xīn),可以(yǐ)將(jiāng)配(pèi)電(diàn)網中(zhōng)的(dí)EV充放電(diàn)負(fù)荷與分布式新能(néng)源聚合為一個(gè)整(zhěng)體參與電網運(yùn)行,更好地發(fā)掘EV充放(fàng)電負荷與(yǔ)分(fēn)布式新能(néng)源的(dí)價(jià)值(zhí)和效益。

然而,在(zài)上述(shù)包含(hán)EV充(chōng)放(fàng)電(diàn)負(fù)荷(hé)及分布式(shì)新能源的VPP中,EV充(chōng)電站的總(zǒng)負荷特性是大量(liáng)個體EV用戶隨(suí)機充(chōng)放(fàng)電(diàn)行為的(dí)聚(jù)合(hé),難(nán)以對其進行精確的(dí)數學建模(mó)和(hé)準確預測,這(zhè)給傳統的基(jī)於負(fù)荷預測進(jìn)行優(yōu)化(huà)計算的集(jí)中式調度(dù)模式帶來了挑戰。解(jiě)決這一難(nán)點的一種有效(xiào)途徑是(shì)采用(yòng)基於(yú)強(qiáng)化(huà)學(xué)習(Reinforcement Leaming,RL)方法的交互式(shì)優(yōu)化調(tiáo)度模(mó)式。該(gāi)模式(shì)中,VPP控(kòng)製(zhì)中心(xīn)作(zuò)為(wéi)智(zhì)能(néng)體,包含(hán)EV個體用戶(hù)及分布式新(xīn)能源的區域電網為智能(néng)體(tǐ)所在的環境。VPP控(kòng)製(zhì)中心(xīn)在(zài)不(bù)掌握EV個體(tǐ)用戶詳細模(mó)型的情況下(xià)給出(chū)EV個體(tǐ)的(dí)充放(fàng)電(diàn)動(dòng)作決(jué)策,並(bìng)通過與區域電網的(dí)交(jiāo)互(hù)評估(gū)當(dāng)前決(jué)策(cè)的性能,不斷學習(xí)和更(gēng)新(xīn)動作策略,直(zhí)至得(dé)到(dào)令人(rén)滿意的優(yōu)化(huà)決策(cè)。基於智能(néng)體與(yǔ)環(huán)境之間信息交互(hù)的RL方法可以(yǐ)在缺乏(fá)精確數(shù)學(xué)模(mó)型(xíng)的(dí)情況下模(mó)擬順序決(jué)策問題(tí)並獲得對環境(jìng)的精(jīng)準響應。這種基於R的(dí)交互式調(tiáo)度(dù)模(mó)式克服了傳統(tǒng)集中式調(tiáo)度的(dí)局(jú)限(xiàn)性,有(yǒu)望(wàng)在 VPP 優化調度(dù)中得(dé)到應用(yòng)。

二(èr)，含 EV的(dí) VPP 優化調(tiáo)度模型(xíng)

考慮一(yī)個VPP,其(qí)中包含EV充(chōng)電站(zhàn)及分布(bù)式新(xīn)能源發(fā)電(diàn)2類對(duì)象(xiàng)。對該VPP在(zài)T=24h範圍(wéi)內進行(háng)優化調(tiáo)度,時(shí)間段(duàn)表示為t=,決(jué)策間(jiān)隔Δt=1 h。

假(jiǎ)設 VPP中(zhōng)充(chōng)電(diàn)站內有足夠多(duō)的(dí)充電樁(zhuāng),在T時間(jiān)範(fàn)圍內共(gòng)有I輛EV隨(suí)機進(jìn)入充電站,每(měi)輛EV進站後即(jí)連接到充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)變為上綫狀態;當(dāng)EV的電池(chí)荷(hé)電狀態(State of Charge,S0C)達到(dào)充電(diàn)上限後即(jí)自動斷開充電樁連(lián)接,變(biàn)為離(lí)綫狀(zhuàng)態(tài)。第i輛(liàng)E在充(chōng)電站(zhàn)內的(dí)在綫(xiàn)時(shí)段(duàn)表示(shì)為(wéi)集(jí)合T_i^on={t_i^on,…,t_i^out},其中t_i^on和t_i^out分(fēn)別(bié)為(wéi)上綫和(hé)離綫時間。VPP控製中心(xīn)作(zuò)為(wéi)智能(néng)體(tǐ),在T_i^on時(shí)段內可以通過(guò)對充(chōng)電(diàn)樁的智(zhì)能控(kòng)製,決策(cè)第i輛(liàng)EV的充放(fàng)電功率，而在其他(tā)時(shí)段該EV不進行任何充(chōng)放電行為。

VPP中的(dí)分(fēn)布式(shì)新(xīn)能源發電資(zī)源由若(ruò)幹(gān)分(fēn)布式風機單元(yuán)和分(fēn)布式光伏板單(dān)元組成(chéng),VPP控(kòng)製(zhì)中(zhōng)心在分布式(shì)發電資(zī)源的(dí)可發電功(gōng)率範圍內決策(cè)其實際(jì)出力(lì)。

三，基(jī)於RL的(dí)VPP優(yōu)化調(tiáo)度(dù)方法(fǎ)

傳統的集(jí)中調度模(mó)式難(nán)以對EV個體用(yòng)戶(hù)充(chōng)放(fàng)電負荷做出(chū)精(jīng)確(què)預(yù)測(cè),因(yīn)此,本節(jié)基於方(fāng)法(fǎ),提(tí)出(chū)一(yī)種交(jiāo)互式的(dí) VPP優(yōu)化調(tiáo)度框架(jià)。VPP控製中心(xīn)作(zuò)為(wéi)一(yī)個智能體(tǐ),不(bù)需(xū)要事(shì)先掌(zhǎng)握EV個體(tǐ)用戶(hù)及分布(bù)式(shì)新能源(yuán)的精確(què)模型(xíng)及(jí)負荷(hé)預測(cè),而(ér)是(shì)通過充(chōng)電(diàn)樁與EV個體(tǐ)用(yòng)戶(hù)交(jiāo)互,即下發充放電動(dòng)作和獲取用戶(hù)獎(jiǎng)勵值(zhí),經(jīng)R逐步得到令人滿(mǎn)意的調度(dù)策略(lüè)。

RL是一個包含(S,A,P,R,γ)5個(gè)元素的馬爾(ěr)可夫決策過程(chéng),其中:S為智能體的狀(zhuàng)態(tài)空(kōng)間;A為(wéi)智(zhì)能體的動作空(kōng)間;P為狀態(tài)轉移(yí)概(gài)率;R為(wéi)獎勵(lì)函數;γ為(wéi)折(zhē)扣因(yīn)子。本(běn)文建(jiàn)立的(dí) VPP優化調(tiáo)度(dù)模(mó)型(xíng)可描述(shù)為(wéi)圖1所(suǒ)示的 RL框架,其(qí)中VPP控(kòng)製中心為智(zhì)能體(Agent),VPP區域電網為(wéi)環(huán)境(Environment),包括(kuò)狀(zhuàng)態(State)，動作(Action)和(hé)獎勵(Reward)三(sān)大要素(sù)。

圖1 用於(yú)VPP優化(huà)調度(dù)的(dí)RL框架(jià)

四(sì)，解決(jué)方(fāng)案

圖(tú)2 平(píng)台(tái)結(jié)構圖

充電(diàn)運營(yíng)管(guǎn)理(lǐ)平台是基(jī)於物(wù)聯(lián)網(wǎng)和(hé)大數據(jù)技術的(dí)充(chōng)電(diàn)設(shè)施(shī)管理(lǐ)係(xì)統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁(zhuāng)的(dí)監控(kòng)，調度(dù)和(hé)管理，提(tí)高充電(diàn)樁(zhuāng)的(dí)利用率和充(chōng)電(diàn)效率(shuài)，提升用戶(hù)的充電(diàn)體(tǐ)驗和服(fú)務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可(kě)以通(tōng)過(guò)APP或小(xiǎo)程序提前(qián)預(yù)約(yuē)充電，避免在(zài)充電(diàn)站排(pái)隊等(děng)待(dài)的(dí)情況(kuàng)，同(tóng)時也能(néng)為(wéi)充電站(zhàn)提(tí)供更準確的充(chōng)電需求(qiú)數(shù)據(jù)，方(fāng)便(biàn)後續的(dí)調度和管(guǎn)理。通過(guò)平(píng)台可對(duì)充電樁(zhuāng)的功(gōng)率(shuài)，電壓，電(diàn)流(liú)等參數進行實(shí)時監控，及(jí)時發(fā)現(xiàn)和處(chǔ)理(lǐ)充電樁故(gù)障和(hé)異(yì)常(cháng)情況對充電樁(zhuāng)的功(gōng)率進(jìn)行控製(zhì)和管理，確保(bǎo)充(chōng)電樁(zhuāng)在合理的功(gōng)率範圍內充(chōng)電，避(bì)免(miǎn)對電網造(zào)成(chéng)過(guò)大(dà)的(dí)負荷(hé)。

五(wǔ)，安科瑞充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)雲平台具體的功能(néng)

平(píng)台除(chú)了對充電樁的監(jiān)控(kòng)外，還對(duì)充電站的光伏發(fā)電(diàn)係(xì)統，儲能係統(tǒng)以(yǐ)及供電(diàn)係(xì)統進(jìn)行集中監(jiān)控(kòng)和(hé)統一協調(tiáo)管理，提高充(chōng)電站的運(yùn)行可靠(kào)性，降(jiàng)低運營成本，平(píng)台係(xì)統架構(gòu)如(rú)圖(tú)3所示。

圖(tú)3 充(chōng)電樁運營管(guǎn)理(lǐ)平台(tái)係(xì)統架構

大(dà)屏顯示(shì)：展示充(chōng)電(diàn)站(zhàn)設(shè)備統計(jì)，使(shǐ)用(yòng)率排行，運(yùn)營統計(jì)圖(tú)表(biǎo)，節碳(tàn)量統(tǒng)計等(děng)數(shù)據。

圖4 大(dà)屏(píng)展示(shì)界(jiè)麵

站點(diǎn)監控(kòng)：顯(xiǎn)示(shì)設備(bèi)實時(shí)狀態(tài)，設備列表(biǎo)，設備日誌(zhì)，設(shè)備狀態統計等(děng)功(gōng)能。

圖5 站點(diǎn)監(jiān)控界麵

設備監控：顯示(shì)設(shè)備實時(shí)信息，配(pèi)套(tào)設備(bèi)狀態，設(shè)備(bèi)實時曲(qū)綫(xiàn)，關聯訂(dìng)單信(xìn)息，充電(diàn)功率曲(qū)綫(xiàn)等(děng)。

圖6 設備監控(kòng)界(jiè)麵(miàn)

運營趨勢(shì)統計(jì)：顯示運(yùn)營信(xìn)息(xī)查詢，站點對比曲綫(xiàn)，日月年(nián)報表，站(zhàn)點對(duì)比列(liè)表等功能。

圖7 運(yùn)營(yíng)趨(qū)勢界麵(miàn)

收益查(chá)詢：提供收益匯總(zǒng)，實(shí)際收益(yì)報表，收益變化(huà)曲綫，支付方式占比等功能。

圖8 收益(yì)查詢(xún)界麵(miàn)

故(gù)障(zhàng)分(fēn)析(xī)：提供故障匯(huì)總，故障狀(zhuàng)態餅(bǐng)圖，故障趨(qū)勢分析(xī)，故障類型(xíng)餅圖等功能(néng)。

圖9 故(gù)障分析界(jiè)麵(miàn)

訂單(dān)記錄：提供(gōng)實(shí)時/歷(lì)史訂(dìng)單(dān)查詢，訂(dìng)單(dān)終止(zhǐ)，訂(dìng)單(dān)詳(xiáng)情(qíng)，訂單導(dǎo)出(chū)，運(yùn)營(yíng)商應收信(xìn)息(xī)，充(chōng)電明細(xì)，交(jiāo)易流水(shuǐ)查詢，充值餘(yú)額明細(xì)等(děng)功能(néng)。

圖10 訂單查詢(xún)界麵(miàn)

六(liù)，產(chǎn)品選(xuǎn)型

安科(kē)瑞為廣大用戶提(tí)供(gōng)慢充(chōng)和(hé)快充兩(liǎng)種(zhǒng)充(chōng)電(diàn)方式，便(biàn)攜(xié)式，壁掛式(shì)，落(là)地(dì)式等多種類型的(dí)充電(diàn)樁，包(bāo)含智能(néng)7kw/21kw交(jiāo)流(liú)充(chōng)電樁，30kw直流充(chōng)電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體(tǐ)式(shì)充(chōng)電樁來(lái)滿(mǎn)足新能(néng)源汽(qì)車行業快速，經濟，智(zhì)能運營(yíng)管理(lǐ)的市(shì)場(cháng)需求(qiú)。實(shí)現(xiàn)對動力(lì)電池快速(sù)，高(gāo)效(xiào)，安全，合理的電量補(bǔ)給，同時(shí)為(wéi)提高(gāo)公(gōng)共(gòng)充(chōng)電(diàn)樁的效率和實用性，具有有(yǒu)智(zhì)能監(jiān)測(cè)：充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)智能控(kòng)製(zhì)器(qì)對充電樁(zhuāng)具(jù)備測量(liáng)，控製與保(bǎo)護的功(gōng)能
；智(zhì)能(néng)計(jì)量(liáng)：輸出配(pèi)置(zhì)智能電(diàn)能表，進行充(chōng)電(diàn)計量，具備*的(dí)通信(xìn)功能
；雲平(píng)台：具備(bèi)連(lián)接(jiē)雲(yún)平台的功能(néng)，可以(yǐ)實(shí)現實時(shí)監控，財務(wù)報(bào)表分(fēn)析等(děng)等
；遠(yuǎn)程(chéng)升(shēng)級：具備(bèi)*的通訊(xùn)功能(néng)，可遠程(chéng)對(duì)設備(bèi)軟件(jiàn)進行升級
；保護功(gōng)能：具(jù)備(bèi)防雷保護(hù)，過載保護(hù)，短(duǎn)路(lù)保護，漏電保(bǎo)護和接地保(bǎo)護等功能(néng)
；適配(pèi)車(chē)型：滿(mǎn)足(zú)國標充電接(jiē)口，適(shì)配所有符(fú)合(hé)國標的(dí)電動汽(qì)車(chē)，適(shì)應不(bù)同車型(xíng)的不同功(gōng)率。下麵是具(jù)體產品(pǐn)的(dí)型號(hào)和技術(shù)參(cān)數。

七，現場圖(tú)片(piàn)

八，結論(lùn)

本文(wén)基(jī)於(yú)R框架,研(yán)究(jiū)了含(hán)EV充放電負荷與(yǔ)分(fēn)布式新(xīn)能源發電的 VPP優(yōu)化調(tiáo)度問(wèn)題(tí),以(yǐ)*大化VPP 運行總(zǒng)效益(yì)為目標。針(zhēn)對上述(shù)VPP,提(tí)出(chū)了(liǎo)基於R的交互(hù)式調度(dù)框架(jià)。交互(hù)式(shì)調度幫(bāng)助EV用(yòng)戶(hù)實現了較低的充電費(fèi)用(yòng)和較高(gāo)的(dí)充電滿意度。後續會(huì)對(duì)電(diàn)價動態變(biàn)化(huà)機製下含EV充(chōng)放電負荷(hé)的 VPP優化調度(dù)問(wèn)題進行研(yán)究,將在(zài) VPP 中(zhōng)加入儲能(néng)單(dān)元,與EV充放(fàng)電負荷和(hé)分布式新能(néng)源(yuán)發電(diàn)配合,進一(yī)步(bù)改善 VPP運(yùn)行(háng)性能。