趙俊華教授論文獲國(guó)家科技部2020年度F5000論文獎(jiǎng)
近日，理工學(xué)院趙俊華教授論文“配電系統(tǒng)與電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃”獲得國(guó)家科技部2020年度F5000論文獎(jiǎng)。該論文主要研究了如何進(jìn)行配電系統(tǒng)與電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃。
領(lǐng)跑者5000(Frontrunner 5000, F5000)——中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文是由國(guó)家科技部主導(dǎo)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所組織評(píng)選，入選條件為中國(guó)精品期刊中前1%的高被引用論文，該獎(jiǎng)項(xiàng)是對(duì)論文質(zhì)量的肯定和認(rèn)可。
01 研究背景
布局合理的充電網(wǎng)絡(luò)一方面可以加快電動(dòng)汽車的推廣，促進(jìn)交通領(lǐng)域的綠色革命；另一方面還可以降低配電系統(tǒng)的投資成本和網(wǎng)損。現(xiàn)有充電站規(guī)劃研究側(cè)重于如何在計(jì)及配電系統(tǒng)容量約束的前提下進(jìn)行電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃，很少涉及與配電系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃的協(xié)調(diào)問題。然而，電動(dòng)汽車的廣泛接入對(duì)配電系統(tǒng)規(guī)劃提出了新的挑戰(zhàn)。首先部署電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造是目前較為常用的一種兩階段規(guī)劃方法，但該方法往往不能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的最優(yōu)配置。這樣，如何進(jìn)行配電系統(tǒng)與電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃，就是一個(gè)值得研究的重要問題。
02 研究?jī)?nèi)容
本文對(duì)配電系統(tǒng)與電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃問題進(jìn)行了研究，在給出基于節(jié)點(diǎn)充電需求的分散式充電樁的規(guī)劃策略的基礎(chǔ)上，提出了以投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損之和最小、快速充電站截獲的交通流量最大為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。這樣，投資者就可以在年度投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損之和與快速充電站每年截獲的交通流量之間進(jìn)行權(quán)衡，以制定更為合理的規(guī)劃方案。
在電動(dòng)汽車的能源補(bǔ)給方式上，本文考慮的為分散式充電樁和快速充電站兩類。其中，分散式充電樁作為電動(dòng)汽車主要的能源補(bǔ)給方式，配電系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需配置的分散式充電樁數(shù)量可根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的充電需求確定；快速充電站作為電動(dòng)汽車能量補(bǔ)給的重要輔助方式，以交通高峰時(shí)段車主的平均充電等待時(shí)間不超過一定閾值為原則來配置各快速充電站的設(shè)備數(shù)量。
在所構(gòu)建的多目標(biāo)優(yōu)化模型中，投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損考慮了配電線路建設(shè)成本、變電站新建/擴(kuò)容成本、快速充電站建設(shè)成本和系統(tǒng)網(wǎng)損成本；并引入交通配流和排隊(duì)論的相關(guān)理論，分別對(duì)各快速充電站截獲的交通流量和應(yīng)配置的快充設(shè)備數(shù)量進(jìn)行分析。
求解方法上，由于基本的交叉與變異算子不能確保配電線路的輻射狀約束。為提高NSGA-Ⅱ搜索的有效性，對(duì)代表配電線路建設(shè)的編碼段所采用的交叉與變異算子進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，以適合求解前文所構(gòu)建的模型。
03 研究結(jié)論
采用54節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)和25節(jié)點(diǎn)交通網(wǎng)絡(luò)的耦合系統(tǒng)來驗(yàn)證本文所提出的配電系統(tǒng)和電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃模型。從圖1中不難發(fā)現(xiàn)，隨著快速充電站截獲的交通流量的增加，投資成本與系統(tǒng)網(wǎng)損之和隨之增加。其原因主要有：第一，交通繁忙路段，其周邊的土地使用成本通常較高；第二，對(duì)于整個(gè)配電系統(tǒng)來說，以截獲的交通流量最大為目標(biāo)的快速充電站的規(guī)劃方案往往不能保證配電系統(tǒng)網(wǎng)損的最小化。
圖1 協(xié)調(diào)規(guī)劃模型的非支配解和帕累托前沿
給定帕累托前沿之后，投資者就可以根據(jù)工程實(shí)際，在各非支配解之間進(jìn)行權(quán)衡，選擇最為合理的方案。對(duì)于所研究的配電系統(tǒng)與電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃問題，一種可行的選擇標(biāo)準(zhǔn)是：給定快速充電站截獲的交通流量的最小值（以確保為電動(dòng)汽車提供的快充服務(wù)的便利程度不低于特定水平），選擇年度投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損之和最小的方案。該方法下確定該問題的最終方案如圖２所示。
圖2 最終方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
04 作者簡(jiǎn)介
趙俊華教授于2015年加入香港中文大學(xué)（深圳），現(xiàn)任香港中文大學(xué)（深圳）副教授、深圳高等金融研究院能源市場(chǎng)與金融實(shí)驗(yàn)室主任、深圳人工智能與機(jī)器人研究院科學(xué)家,招商銀行總部特聘能源行業(yè)專家。他于2007年獲得澳大利亞昆士蘭大學(xué)博士學(xué)位。在加入香港中文大學(xué)之前，他是澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)智能電網(wǎng)中心的高級(jí)講師和首席研究科學(xué)家。趙俊華教授主要研究方向包括智能電網(wǎng)、電力市場(chǎng)、能源經(jīng)濟(jì)、低碳轉(zhuǎn)型和人工智能。已發(fā)表論文200余篇，其中SCI收錄100余篇，IEEE Transactions 50余篇。發(fā)表論文被引用9600余次，H-index為49（基于Google Scholar統(tǒng)計(jì)）。他深度參與了國(guó)內(nèi)多個(gè)電力市場(chǎng)的規(guī)則設(shè)計(jì)和市場(chǎng)建設(shè)，在電力和能源行業(yè)擁有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其研究成果對(duì)行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。
本文第一作者姚偉鋒為浙江大學(xué)博士，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車充放電管理、電力信息物理融合系統(tǒng)和電力系統(tǒng)規(guī)劃。
其他幾位作者分別是：
文福拴，浙江大學(xué)教授，浙江大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)及信息化研究所所長(zhǎng)，IEEE Fellow，主要從事電力系統(tǒng)故障診斷與系統(tǒng)恢復(fù)、電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車等方面的研究工作。
薛禹勝，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)，中國(guó)工程院院士，研究方向?yàn)榉亲灾畏蔷€性動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與控制、實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用。
董朝陽(yáng)，新南威爾士大學(xué)教授，IEEE Fellow，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)安全、負(fù)荷建模和電力市場(chǎng)等。
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