优化高速公路HAWKER蓄电池电动汽车充电与移动储能卡车调度：一种提高光伏发电利用率的两阶段方法

促进高速公路沿线光伏发电的使用关于推进至关重要。绿色交通高速公路上光伏设备的远距离散布导致了光伏发电使用缺乏。处理这一问题的有用计划是引导充电的“纯电动汽车以有序的方式。如今，使用移动储能车为电池电动汽车充电的研讨已成为一个重要的重视范畴。因而，本文提出了一种两阶段办法，用于优化高速公路沿线电池电动汽车充电与移动储能车调度之间的耦合联络，以完成高效的光伏发电资源配置。所提出的模型采用时空网络概念来描绘电池电动汽车与移动储能车之间交通与动力的相互作用。在第一阶段，开发了一个双层优化模型来确认电池电动汽车的充电计划，平衡高速公路办理者的赢利与电池电动汽车驾驶员发生的费用。上层模型侧重于最大化高速公路办理者的净收益，而下层模型旨在最小化电池电动汽车驾驶员的充电和泊车本钱。该双层优化模型经过列与束缚生成算法求解。第二阶段优化了移动储能车的充放电功率和路径，以便依据电网供应的充电负荷有用分配光伏发电量。案例研讨标明，所提出的办法明显进步了光伏发电使用率至81.7%，并将主电网购电本钱下降至2122.0元人民币，促进了互利...

引言

近年来，跟着全球格式向绿色低碳交通转型，沿高速公路安置光伏（PV）设备的规模明显激增[1]。这些太阳能体系可以高效地将阳光转化为电能，可战略性地安置在高速公路崎岖的边坡上[2]，或奇妙地安装在服务区修建顶部[3]。此类进展预示着高速公路动力办理正步入一个变革时代，为传统动力供给了一种可继续且经济可行替代计划。这不只减轻了对长距离输电的依靠，还减少了化石燃料消耗，然后在下降碳排放和进步高速公路运输体系经济效益方面发挥着要害作用。
电池电动汽车（BEVs）日益普及进一步凸显了这项研讨的急迫性。这些由可充电电池驱动的车辆具有在充电时刻和地点上的明显灵活性[4]，使其成为与PV体系等可再生动力协同整合的首选方针。高速公路作为跨区域交通的重要动脉[5]，成为了这种整合的焦点。跟着低碳理念的普及，高速公路办理者可以和谐BEV充电协议，引导车辆在PV发电旺盛的时段前往最佳充电区域[6]。这种战略对齐不只减少了对传统电网的依靠，还推动了向更广泛的可再生动力使用转型。
BEV被界说为完全由可充电电池（如磷酸铁锂或三元锂电池[7]）驱动的车辆，它供给了从快速到慢速等多种充电模式，适用于办公室、泊车场和服务区等不同环境[8]。这种在充电时刻和空间需求上的固有灵活性，有助于有用使用散布区域的光伏能量，然后完成有序的BEV充电[9]。经过安置先进的信息共享技术[10]，高速公路办理者可以奇妙地和谐BEV充电计划，引导车辆在光伏发电充足的战略选址处进行充电。例如，Zhang等人提出了创新办法，引导BEV运营商前往位于太阳能资源丰富区域电动汽车充电站（EVCSs）[11]。
然而，现实情况依然是，丰富的PV发电量无法在所有高速公路或其路段上均匀完成。PV设备的距离往往受路途条件的束缚，这为其安置引进了不确认性。此外，PV能量转换功率遭到许多要素的影响，包括局部气候条件和地舆差异[12]。这些复杂性，加上BEV充电需求的不可预测性，阻止了仅经过使用充电负荷的灵活性来进步PV发电使用率的努力。因而，PV发电与BEV充电在时刻和空间上的双重差异，加剧了高速公路办理人员在进步PV发电使用率方面所面对的应战。
在高速公路沿线施行PV安装需求详尽考虑各种要素，包括组件选址、布局、装机容量以及全体发电功率。要害考量要素包括地形地貌、光照条件和遮挡效应，以确保完成最佳的太阳辐射捕获。此外，布局必须最大限度使用修建屋顶、边坡和地道顶部等可用空间，虽然实践束缚往往使得这些安置显得有些随意。与此一起，旨在存储过剩PV发电量的固定式储能体系的定位应当具有战略前瞻性，而非随机放置[13]。在用电量低且太阳能使用率有限的区域会呈现功率低下问题，然后导致PV发电供应与充电需求之间存在明显的区域失衡。
这种不平衡从根本上与电力调度相关，这是电力范畴广泛讨论的课题。虽然已有大量研讨讨论了移动储能体系（MESSs）在电力调度中的使用[14]，但这些研讨与BEV充电电力调度的详细场景之间存在要害差异。首要，MESS规划侧重于长距离传输和全体供电效能，重点重视电网内的高压输配电。相比之下，高速公路沿线的PV装置专门满意BEV的充电需求，其间DC快充站通常在400 V至750 V的输出电压下运转，而AC慢充站在200 V至240 V下作业，以确保功率与安全[15]。因而，与MESSs相关的传统电网技术无法直接使用于高速公路沿线PV发电的电力调度。
此外，MESSs常被用作医院和数据中心等要害设备的应急备用电源。然而，地舆、人员及其他方面的各种束缚严峻阻止了其运转效能，尤其是在高速公路上。例如，2024年中国湖北省突降大雪导致路途和设备无法通行，造成高速公路上的BEVs呈现严峻拥堵[16]。在这种情况下，正常运营变得日益困难，事实证明MESSs缺乏以保持BEV的功能性。最后，容量有限的变压器难以动态调整充电功率，以满意BEVs不断增长的充电需求。因而，传统的MESS框架在处理高速公路环境下PV供应与充电需求之间的严峻失衡问题上显得力不从心。
一种有用的处理计划是优化移动储能车（MESTs）的调度，以供给BEV充电所需的电力。具有机动性和灵活性的MEST是一辆装备了电池储能装置（BESD）的大型车辆[17]。与固定式储能体系不同，MEST可以连接到沿高速公路各处的电力基础设备[18]。这一特性使得安装在MEST中的BESD可以在光伏发电充足的区域进行充电，然后再被调度至充电需求较高的高速公路EVCSs。虽然MEST可以满意高速公路上EV的充电需求，但仍面对以下三个应战：

• (1)
  与PV和stationary energy storage systems不同，MESTs具有灵活性，可以为需求充电的BEVs供给服务，而不受时刻和空间束缚。从数学和逻辑上讲，MESTs与BEVs之间存在时空联络。因而，需求一个spatial–temporal网络模型来精确描绘从MESTs到BEVs的电力传输进程，并考虑充电需求在地舆上的差异性。
• (2)
  关于BEV驾驶员而言，实践问题在于充电计划的可接受性与本钱。因而，如何在包括充电和泊车本钱函数在内的一系列束缚条件下，精确捕捉BEV的驾驶行为特征，并找到对BEV驾驶员有利的最优经济处理计划，是一个急迫的问题。
• (3)
  从高速公路办理者的角度来看，MESTs的办理触及放电、充电功率和路径等问题，这将直接影响到改进PV发电供应与充电需求之间的不平衡。此外，高速公路办理者与BEVs的方针之间存在冲突，寻觅一种平衡两者相关的办法是一个需求考虑的技术问题。

针对上述应战，本文提出了一种两阶段调度办法，旨在高效使用高速公路BEV充电和MESTs中的PV发电。经过进步PV发电的使用率，该办法支撑可再生动力融入交通体系，助力完成国家和区域的可继续发展及碳中和方针。本研讨的首要奉献总结如下：

• (1)
  提出了一种两阶段调度办法，用于办理高速公路上的MESTs和BEV充电调度。第一阶段侧重于提醒PV发电供应与BEV充电需求之间的时空失衡。在第二阶段中，依据第一阶段的计算结果，MESTs被指派将未被BEV充电消耗的PV发电运送到高需求地点，然后缓解高速公路动力的供需失衡。
• (2)
  第一阶段触及构建BEV的时空网络模型，以表征电池电量与方位之间的联络，然后完成充电需求地舆散布差异的可视化。详细而言，该模型是一个双层优化模型，上层旨在最大化收益，下层旨在最小化充电和泊车本钱。一起，使用Column-and-Constraint Generation（C&CG）算法来处理上下层方针之间的冲突。
• (3)
  在第二阶段，引进MESTs的时空网络来构建一个模型，以精确描绘其在动力供需区域的移动以及电能存储的变化，然后模仿从MEST到BEVs的电力传输。一起，开发了一个混合整数线性规划（MILP）模型来优化MESTs的调度，确认MESTs的最佳充放电功率和路径。
• (4)
  经过案例研讨评估了所提出的两阶段模型的性能，并规划了四个比照案例以确保该模型的最优有用性。结果标明，该办法可以为BEV充电和MESTs生成最优调度计划。这有助于进步高速公路上PV发电的使用率，辅助BEV驾驶员考虑本钱要素。