淺聊電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展和智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠作為一種新興的能源管理模式，具有巨大的潛力。本文首先介紹了電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠的概念和特點(diǎn)，然后分析了其優(yōu)化調(diào)度的重要性。接著，詳細(xì)探討了電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵問(wèn)題，包括電動(dòng)汽車(chē)的充放電模型、負(fù)荷預(yù)測(cè)、優(yōu)化目標(biāo)和約束條件等。最后，提出了一些有效的優(yōu)化調(diào)度策略，并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。

1. 分布式特性
   電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠由大量分散的電動(dòng)汽車(chē)組成，具有分布式的特點(diǎn)。這使得它可以靈活地響應(yīng)電網(wǎng)的需求，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2. 可調(diào)度性
   電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠可以通過(guò)智能控制和優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充放電的靈活控制。這使得它可以根據(jù)電網(wǎng)的需求進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。

3. 環(huán)保性
   電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠可以利用電動(dòng)汽車(chē)的電池存儲(chǔ)電能，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)，降低環(huán)境污染。

4. 互動(dòng)性
   電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠可以與電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行。這使得它可以提高電網(wǎng)的效率和可靠性，同時(shí)也為電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)提供更加便捷的服務(wù)。

三、安科瑞智慧能源管理平臺(tái)助力虛擬電廠快速發(fā)展

（一）安科瑞智慧能源管理平臺(tái)

AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)是針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺(tái)，對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類(lèi)交直流負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調(diào)度源荷有序互動(dòng)、能源全景分析，滿(mǎn)足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動(dòng)態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為用戶(hù)降低能源成本，提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)可以接受虛擬電廠的調(diào)度指令和需求響應(yīng)，是虛擬電廠平臺(tái)的企業(yè)級(jí)子系統(tǒng)。

圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)主界面

（二）平臺(tái)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充”各環(huán)節(jié)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集測(cè)控裝置、光伏、儲(chǔ)能、充電樁、常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化控制，促進(jìn)新能源消納的同時(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的至大需量，使之運(yùn)行安全。

圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)

（三）平臺(tái)功能

1.能源數(shù)字化展示

通過(guò)展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運(yùn)行情況。

2.優(yōu)化控制

直觀顯示能源生產(chǎn)及流向，包括市電、光伏、儲(chǔ)能充電及消耗過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化控制儲(chǔ)能和可控負(fù)載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線(xiàn)對(duì)比等。

3.智能預(yù)測(cè)

結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)際功率進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

4.能耗分析

采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進(jìn)行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對(duì)標(biāo)，并折算標(biāo)煤或碳排放等。

5.有序充電

系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量，并和變壓器負(fù)荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，引導(dǎo)用戶(hù)有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運(yùn)行安全。

6.運(yùn)維巡檢

系統(tǒng)支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過(guò)北斗定位跟蹤運(yùn)維人員軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維流程閉環(huán)管理。

（四）設(shè)備選型

除了智慧能源管理平臺(tái)外，還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組成了完整的“云-邊-端”能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類(lèi)解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級(jí)的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。

安科瑞系統(tǒng)解決方案還包含電力運(yùn)維云平臺(tái)、能源綜合計(jì)費(fèi)管理平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)、充電樁運(yùn)營(yíng)管理云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，打造準(zhǔn)確感知、邊緣智能、智慧運(yùn)行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統(tǒng)。

（五）安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

1.智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

2.實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

3.交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對(duì)其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶(hù)每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

5.統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

6.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶(hù)，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結(jié)和解綁。

7.運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

8.充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

9.系統(tǒng)硬件配置

總結(jié)

電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠是一種新興的電力系統(tǒng)調(diào)度模式，通過(guò)將大量分布式的電動(dòng)汽車(chē)充電站整合成一個(gè)虛擬的集中式電廠，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電需求的優(yōu)化調(diào)度。強(qiáng)化學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過(guò)與環(huán)境的交互來(lái)學(xué)習(xí)如何在給定狀態(tài)下采取合適行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。在基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的含電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度中，可以采用以下步驟：

1. 狀態(tài)定義：首先需要定義系統(tǒng)的狀態(tài)，包括電動(dòng)汽車(chē)的當(dāng)前充電狀態(tài)、電池剩余電量、電網(wǎng)負(fù)荷等。此外，還可以考慮天氣、時(shí)間等因素。

2. 動(dòng)作定義：在給定狀態(tài)下，可以定義一系列可能的動(dòng)作，如調(diào)整充電功率、切換充電站等。這些動(dòng)作會(huì)影響電動(dòng)汽車(chē)的充電需求和電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。

3. 獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)設(shè)計(jì)：為了引導(dǎo)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法朝著優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)前進(jìn)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)來(lái)衡量每個(gè)動(dòng)作的價(jià)值。獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況和調(diào)度目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)，如降低電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)、提高充電效率等。

4. 策略學(xué)習(xí)：通過(guò)與環(huán)境的交互，強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法會(huì)學(xué)習(xí)到一個(gè)策略，即在給定狀態(tài)下選擇合適動(dòng)作的方法。這個(gè)策略可以用于指導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度。

5. 模型訓(xùn)練與驗(yàn)證：為了驗(yàn)證所學(xué)習(xí)到的策略的有效性，可以將訓(xùn)練好的模型應(yīng)用于實(shí)際的電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠系統(tǒng)中，觀察其調(diào)度效果。如果效果不佳，可以調(diào)整獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)或策略，重新進(jìn)行訓(xùn)練和驗(yàn)證。

6. 實(shí)時(shí)調(diào)度：在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠需要實(shí)時(shí)地根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和學(xué)習(xí)到的策略進(jìn)行調(diào)度。

總之，基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的含電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電需求的智能調(diào)度，降低電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，提高充電效率，為電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模普及提供支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 李明揚(yáng)，竇夢(mèng)園. 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的含電動(dòng)汽車(chē)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度

[2]  吳巨愛(ài)，薛禹勝，謝東亮 .電動(dòng)汽車(chē)聚合商對(duì)備用服務(wù)能力的優(yōu)化

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版