基于北斗系统的乡村电动车辆定位与配电网调度的解决方案

一、案例简介

        随着城镇化进程加快、农业工业化水平提高和农民消费水平持续提升，农村居民远距离出行需求日益增多，农村道路交通配套设施逐步完善，机动化出行工具成为农村居民的重要选择，农村地区开始进入机动化出行阶段。农村地区正在逐步跨越燃油车时代，进入电动化出行时期。电动车辆以电能为动力，具有零排放、环保无污染等众多特点能够有效地减少能源对外依赖性，是提高国家能源安全性的关键措施。伴随农村居民经济水平的提高和“限摩令”等政策的影响，未来农村摩托车保有量将呈现下降趋势，预计在2030年在基准情景下，中国农村地区的电动化车辆保有量将达到975万辆。电动车辆种类和数量多，车辆空间分布范围广、位置较为偏远，存在定位通信困难等问题。本项目通过北斗星基增强系统准确定位各类电动车辆位置，运用北斗短报文通信回传远程监控系统监测到的电动车辆SOC(电池荷电状态)，建立起电力与交通多元数据融合的电动车辆热点模型，解决农村地区电动车辆种类和数量多，车辆空间分布范围广、定位困难等问题，通过监控系统反馈的电动车辆 SOC 数据，预判电动车量行驶距离及范围，从而分析其充放电对配电网局部负荷的影响，进而引导电动车辆有序、灵活接入电网进行充放电。

二、技术方案

       根据本项目的研究内容，考虑交通出行链及电动车辆充电负荷影响因素，利用北斗星基增强定位车辆位置及出行轨迹，计及车辆时间和空间的耦合联系，然后根据电学理论建立起车辆的充电行为模型，对海量的随机数据进行分析得到相对精确的逻辑模型，从分散的时间变量和空间变量中抽象出数学模型，建立电力与交通多元数据融合的电动车辆热点模型;通过电动车辆充放电容量模型，分析充放电负荷对乡村配电网局部负荷过载、电压波动、可靠性下降等问题的影响程度;在电动车辆充放电控制系统中引入虚拟惯量补偿函数，增大系统惯性，具有更强的阻尼能力，能够有效提高系统稳定性，进一步提高系统惯性。北斗短报文通信系统由装载在电动车辆上的北斗终端设备通过北斗空口链路互联，北斗通信系统与电网信息内网连接到北斗指挥机接入服务器，根据接收到的车辆 SOC等状态信息，提出合理规划各区域充电设施、制定灵活的电价等响应机制;V2G能够实现电动车辆与电网之间的双向通信及能量转换，提出基于数据和模型融合驱动的电动车辆与电网多时间尺度智能运行调控技术。控制中心通过实时查询电动车辆数据库信息，包括接入位置、可用时间、用户设置的最低 SOC、实时电池容量状态等信息，制定电动车辆充放电控制策略，完成调度命令，实现分布式充电负荷灵活、快速参与电网调节。

三、创新亮点

       1、建立了电力与交通融合的电动车辆热点模型，精确描述了电动车辆的交通行为特性。电动车辆的交通行为具有时间-空间的二维性，其基本特征包括时间特征和空间特征，以这两大特征为基础的交通行为模型的全面程度决定了充放电负荷预测方法的准确性。对此建模的基础是电动车辆交通行为和充电行为的研究，是交通行为和电力系统的交叉课题。电动车辆的交通行为则具有强烈的社会学特征，利用数据分析的方法将社会学信息转化为数学信息对其进行研究。

       2、研究了电动车辆充放电容量建模方法，分析充放电负荷对乡村配电网局部负荷过载、电压波动、可靠性下降等问题的影响程度。电动车辆放电容量增加，充电容量则减小，充放电容量负荷潜力变化并不同步，大量电动车辆并网，要根据电网负荷合理分配及调度，并考虑对相应的谐波进行处理和抑制，以此来抵消和降低谐波对电网的影响，减小乡村配电网压力。

       3、提出基于分时电价的电网对电动车辆充放电负荷的响应机制。准确评估出可调度电动车辆容量,并快速地利用北斗短报文上报给电网调度系统，接受调度中心的控制指令，进而控制充放电装置对电动车辆的充电以及电动车辆对充放电装置的放电。

       4、利用 V2G 技术实现电网与电动车辆间的能量双向流动，在控制策略下进行有序的充放电。电动车辆与电网多时间尺度智能运行调控，可以有效的减少峰谷差从而达到削峰填谷的目的。根据电网和用户两侧的约束推导出可调度条件下的 SOC判断阈值，并据此分析出车辆的可调度时段以及调度方式，在电网。用户两侧差异化需求约束下，最后对电动车辆的可调度潜力容量进行评估，形成车网协同的电动车辆负荷智能调控运行体系。