喜讯｜理工学院赵俊华教授论文“配电系统与电动汽车充电网络的协调规划”获得国家科技部2020年度F5000论文奖

近日，理工学院赵俊华教授论文“配电系统与电动汽车充电网络的协调规划”获得国家科技部2020年度F5000论文奖。该论文主要研究了如何进行配电系统与电动汽车充电网络的协调规划。

领跑者5000(Frontrunner 5000, F5000)——中国精品科技期刊顶尖学术论文是由国家科技部主导，中国科学技术信息研究所组织评选，入选条件为中国精品期刊中前1%的高被引用论文，该奖项是对论文质量的肯定和认可。

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研究背景

布局合理的充电网络一方面可以加快电动汽车的推广，促进交通领域的绿色革命；另一方面还可以降低配电系统的投资成本和网损。现有充电站规划研究侧重于如何在计及配电系统容量约束的前提下进行电动汽车充电基础设施的规划，很少涉及与配电系统扩展规划的协调问题。然而，电动汽车的广泛接入对配电系统规划提出了新的挑战。首先部署电动汽车充电网络，进而对配电系统进行升级改造是目前较为常用的一种两阶段规划方法，但该方法往往不能有效地实现对资源的最优配置。这样，如何进行配电系统与电动汽车充电网络的协调规划，就是一个值得研究的重要问题。

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研究内容

本文对配电系统与电动汽车充电网络的协调规划问题进行了研究，在给出基于节点充电需求的分散式充电桩的规划策略的基础上，提出了以投资成本和系统网损之和最小、快速充电站截获的交通流量最大为目标的多目标优化模型。这样，投资者就可以在年度投资成本和系统网损之和与快速充电站每年截获的交通流量之间进行权衡，以制定更为合理的规划方案。

在电动汽车的能源补给方式上，本文考虑的为分散式充电桩和快速充电站两类。其中，分散式充电桩作为电动汽车主要的能源补给方式，配电系统每个节点所需配置的分散式充电桩数量可根据各节点的充电需求确定；快速充电站作为电动汽车能量补给的重要辅助方式，以交通高峰时段车主的平均充电等待时间不超过一定阈值为原则来配置各快速充电站的设备数量。

在所构建的多目标优化模型中，投资成本和系统网损考虑了配电线路建设成本、变电站新建/扩容成本、快速充电站建设成本和系统网损成本；并引入交通配流和排队论的相关理论，分别对各快速充电站截获的交通流量和应配置的快充设备数量进行分析。

求解方法上，由于基本的交叉与变异算子不能确保配电线路的辐射状约束。为提高NSGA-Ⅱ搜索的有效性，对代表配电线路建设的编码段所采用的交叉与变异算子进行了特殊设计，以适合求解前文所构建的模型。

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研究结论

采用54节点配电系统和25节点交通网络的耦合系统来验证本文所提出的配电系统和电动汽车充电网络的协调规划模型。从图1中不难发现，随着快速充电站截获的交通流量的增加，投资成本与系统网损之和随之增加。其原因主要有：第一，交通繁忙路段，其周边的土地使用成本通常较高；第二，对于整个配电系统来说，以截获的交通流量最大为目标的快速充电站的规划方案往往不能保证配电系统网损的最小化。

图1 协调规划模型的非支配解和帕累托前沿

给定帕累托前沿之后，投资者就可以根据工程实际，在各非支配解之间进行权衡，选择最为合理的方案。对于所研究的配电系统与电动汽车充电网络的协调规划问题，一种可行的选择标准是：给定快速充电站截获的交通流量的最小值（以确保为电动汽车提供的快充服务的便利程度不低于特定水平），选择年度投资成本和系统网损之和最小的方案。该方法下确定该问题的最终方案如图２所示。

图2　最终方案的拓扑结构

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作者简介

赵俊华教授于2015年加入香港中文大学（深圳），现任香港中文大学（深圳）副教授、深圳高等金融研究院能源市场与金融实验室主任、深圳人工智能与机器人研究院科学家,招商银行总部特聘能源行业专家。他于2007年获得澳大利亚昆士兰大学博士学位。在加入香港中文大学之前，他是澳大利亚纽卡斯尔大学智能电网中心的高级讲师和首席研究科学家。赵俊华教授主要研究方向包括智能电网、电力市场、能源经济、低碳转型和人工智能。已发表论文200余篇，其中SCI收录100余篇，IEEE Transactions 50余篇。发表论文被引用9600余次，H-index为49（基于Google Scholar统计）。他深度参与了国内多个电力市场的规则设计和市场建设，在电力和能源行业拥有丰富的实践经验，其研究成果对行业产生了重大影响。

本文第一作者姚伟锋为浙江大学博士，主要研究方向为电动汽车充放电管理、电力信息物理融合系统和电力系统规划。

其他几位作者分别是：

文福拴，浙江大学教授，浙江大学电力经济及信息化研究所所长，IEEE Fellow，主要从事电力系统故障诊断与系统恢复、电力经济与电力市场、智能电网与电动汽车等方面的研究工作。

薛禹胜，国网电力科学研究院名誉院长，中国工程院院士，研究方向为非自治非线性动力系统稳定性、电力系统动态分析与控制、实验经济学在电力市场中的应用。

董朝阳，新南威尔士大学教授，IEEE Fellow，研究方向为智能电网、电网规划、电网安全、负荷建模和电力市场等。

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