[发明专利]车-路-网模式下电动汽车充电负荷时空预测方法

说明书

本发明公开了一种车‑路‑网模式下电动汽车充电负荷时空预测模型，首先，通过建立单体电动汽车充电模型和计及交通网络拓扑特性、速度‑流量实用关系模型及区域属性特征的道路交通模型，来模拟城市区域路网约束下电动汽车的交通行驶特性；进而运用交通起止点分析法(Origin‑Destination,OD)来精确模拟电动汽车行驶路径，采用蒙特卡洛方法对各类电动汽车的充电负荷进行时空预测；最后将城市路网及充电负荷归算至对应配电网节点，通过序列化潮流算法来评估大规模电动汽车接入后对配电网的影响。

技术领域

本发明属于电动汽车充电负荷时空预测技术领域，涉及大规模电动汽车模型，道路交通网络模型和充电负荷时空预测方法。

背景技术

在能源急剧短缺、全球气候变暖的背景下，电动汽车作为一种新能源交通工具，在减少二氧化碳排放、缓解能源危机等方面具有巨大的优势和潜能。由于受续航里程和充电设施的制约，电动汽车的大规模应用集中在城市区域，其充电行为与交通系统和电力系统都息息相关。城市交通系统有着鲜明且复杂的道路拓扑结构和流量特性，因此在进行充电负荷预测时，应将电动汽车、城市交通网、城市配电网视为整体开展研究。

电动汽车充电方式通常可以分为由集中式充电站提供的快速充电(简称“快充”)和分散式充电桩提供的慢速充电(简称“慢充”)。作为一种可移动的电力负荷，其分布不仅依赖于电池容量，续航里程等汽车参数，同时也受用户日常出行特点和充电方式的影响。

当前电动汽车充电负荷预测的研究：分析与电动汽车充电负荷相关的各种因素，提出一种电动汽车充电负荷的统计学建模方法^[1]；或者分析各类电动汽车的充电模式，提出综合考虑私家车、公交车、计程车等不同类型汽车充电负荷时间分布的计算方法^[2]；或者基于城市居民分布与出行信息统计数据，分析了城市居民区与商业区充电负荷的差异性^[3]；在此基础上通过建立停车生成率模型进行停车需求分析，提出一种基于电动汽车驾驶、停放特性的电动汽车充电负荷预测方法^[4]。

另一方面，针对大规模电动汽车接入电网可能产生的充电负荷冲击，开展了电动汽车充电负荷对电网影响的研究：结合产业发展现状，分别从输电网、配电网及充电设施的角度详细分析了充电负荷对电网的影响^[5]；讨论大规模电动汽车的接入对居民区、商业区和工业区配电网的影响^[6]；指出如果缺乏有效的充电负荷分配手段，即使低渗透率下的电动汽车接入同样可以在高峰时段加重电网负担^[7]。从配电网角度看，研究充电负荷的时空分布特性对配电网的分析和评估有着至关重要的影响。目前的研究：将充电站设在高速公路出口，研究高速公路上快充负荷时空特性^[8]；采用离散状态的马尔科夫链模拟电动汽车行驶的时空特性^[9]。

城市区域充电负荷的时空分布特性，需要进一步开展探索。一些学者引入Origin-Destination(OD)分析法，建立了一种结合交通系统和配电系统的时空分布模型(Spatialand Temporal Model,STM)^[10]，该预测模型不涉及具体的交通网络模型，主要用于区域间充电负荷的预测；还有学者提出车-路-网系统的概念，融合交通网和配电网信息，提出了电动汽车最优充电路径策略^[11]；或是利用云计算和大数据平台提供的数据，结合分析单车的负荷曲线，计算特定区域内各充电站归属的电动汽车集群负荷^[12]。以上研究均涉及电动汽车与交通网、配电网的交互，但是尚未考虑城市区域的道路交通模型、充电基础设施的多样性和电动汽车分散，多归属特征。

现有方法针对城市区域的充电负荷预测模型尚未充分考虑复杂的道路交通模型，电动汽车类型和充电模式的多样性，城市区域电动汽车充电负荷的时空分布特性需要进一步开展探索。

[参考文献]