Synergistic Planning of Photovoltaic-Storage-Charging Stations and Hydrogen Refueling Stations Considering Carbon Emission Flows

CHEN Wei; WANG Yongheng; SHEN Xinwei; DU Yunfei

doi:10.7500/AEPS20230720001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Synergistic Planning of Photovoltaic-Storage-Charging Stations and Hydrogen Refueling Stations Considering Carbon Emission Flows

Power Energy Transition for Carbon Emission Peak and Carbon Neutrality | 更新时间：2025-06-16

- Synergistic Planning of Photovoltaic-Storage-Charging Stations and Hydrogen Refueling Stations Considering Carbon Emission Flows
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 13, Pages: 40-49(2024)
- 作者机构：
  
  清华大学深圳国际研究生院海洋工程研究院，广东省深圳市 518055
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52007123);China Southern Power Grid Company Limited(090000KK52210132)
- DOI：10.7500/AEPS20230720001
  CLC：
- Received：20 July 2023，
  
  Revised：2024-01-01，
  
  Published Online：21 May 2024，
  
  Published：10 July 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
陈威,王永恒,沈欣炜等.计及碳排放流的光储充一体化电站及加氢站协同规划[J].电力系统自动化,2024,48(13):40-49.

CHEN Wei,WANG Yongheng,SHEN Xinwei,et al.Synergistic Planning of Photovoltaic-Storage-Charging Stations and Hydrogen Refueling Stations Considering Carbon Emission Flows[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):40-49.
陈威,王永恒,沈欣炜等.计及碳排放流的光储充一体化电站及加氢站协同规划[J].电力系统自动化,2024,48(13):40-49. DOI： 10.7500/AEPS20230720001.

CHEN Wei,WANG Yongheng,SHEN Xinwei,et al.Synergistic Planning of Photovoltaic-Storage-Charging Stations and Hydrogen Refueling Stations Considering Carbon Emission Flows[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):40-49. DOI： 10.7500/AEPS20230720001.

摘要

随着“双碳”目标的深入推进，新能源汽车的发展成为解决交通-能源领域碳排放问题的重要途径。文中提出一种计及碳排放流的光储充一体化电站和汽车加氢站的联合规划方法。首先，采用蒙特卡洛方法对新能源汽车的时空特性进行随机抽样，考虑充能站位置、规模和能源供应等因素，以系统经济性最优为目标建立规划模型。然后，引入碳排放流理论，结合潮流计算及电力网络分析方法，将碳排放成本纳入目标函数。最后，以中国南方地区某城市片区主动配电网为例，对不同光伏出力、新能源汽车渗透率场景的规划结果进行分析，验证了所提方法的有效性。

Abstract

With further promotion of the goals of carbon emission peak and carbon neutrality

the development of new energy vehicles has become an important approach to resolving carbon emission problems in the transportation-energy field. This paper proposes a synergistic planning method for photovoltaic-storage-charging stations and hydrogen refueling stations of vehicles considering carbon emission flows. Firstly

the spatiotemporal characteristics of new energy vehicles are sampled by using the Monte Carlo method. Considering the factors such as charging station locations

scales

and energy supply

the planning model is established with the goal of system economic optimization. Secondly

the carbon emission flow theory is introduced

and the carbon emission cost is incorporated into the objective function by combining the power flow calculation and power grid analysis methods. Finally

a case study is conducted on the active distribution network of a district in a city in South China. The planning results in the scenarios with different photovoltaic outputs and penetration rates of new energy vehicles are analyzed

and the effectiveness of the proposed method is verified.

关键词

Keywords

references

阮前途，陈赟，潘智俊 . 新型电力系统对实现沿海城市双碳目标贡献的探讨［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 11 - 18 .

RUAN Qiantu ， CHEN Yun ， PAN Zhijun . Discussion on contributions of novel power system to achieving carbon emission peak and carbon neutrality of coastal city ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 11 - 18 .

王勋 . “双碳” 目标下新型电力系统发展路径［J］. 电力与能源， 2023 ， 44 （ 1 ）： 7 - 9 .

WANG Xun . Development path of new power system based under the “dual carbon” goal ［J］. Power & Energy ， 2023 ， 44 （ 1 ）： 7 - 9 .

杨若朴 . “双碳” 目标下构建新型电力系统的挑战与对策［J］. 中外能源， 2022 ， 27 （ 7 ）： 17 - 22 .

YANG Ruopu . Challenges and countermeasures for building a new power system under the goal of achieving carbon peaking and carbon neutrality ［J］. Sino-Global Energy ， 2022 ， 27 （ 7 ）： 17 - 22 .

郑玉平，王俊，杨志宏，等 . 城镇能源互联网示范应用综述：现状、经验及展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 153 - 166 .

ZHENG Yuping ， WANG Jun ， YANG Zhihong ， et al . Review on demonstration application of urban Energy Internet： present situation， experience and prospect ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 153 - 166 .

叶宇剑，袁泉，汤奕 . 面向双碳目标的交通网-电网耦合网络中电动汽车负荷低碳优化方法［J］. 中国电力， 2023 ， 56 （ 5 ）： 72 - 79 .

YE Yujian ， YUAN Quan ， TANG Yi . Electric vehicle charging demand low carbon optimization in traffic-grid coupling networks towards “dual carbon” goal ［J］. Electric Power ， 2023 ， 56 （ 5 ）： 72 - 79 .

张博，马梓耀，王辰，等 . 含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网韧性提升策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 28 - 37 .

ZHANG Bo ， MA Ziyao ， WANG Chen ， et al . Resilience improvement strategy for urban AC/DC hybrid distribution network with photovoltaic-storage-charging integrated station ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 28 - 37 .

薛贵挺，汪柳君，刘哲，等 . 考虑碳排放的光储充一体站日前运行策略［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 7 ）： 103 - 110 .

XUE Guiting ， WANG Liujun ， LIU Zhe ， et al . Day-ahead operation strategy of an integrated photovoltaic storage and charging station considering carbon emissions ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 7 ）： 103 - 110 .

李景丽，时永凯，张琳娟，等 . 考虑电动汽车有序充电的光储充电站储能容量优化策略［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 7 ）： 94 - 102 .

LI Jingli ， SHI Yongkai ， ZHANG Linjuan ， et al . Optimization strategy for the energy storage capacity of a charging station with photovoltaic and energy storage considering orderly charging of electric vehicles ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 7 ）： 94 - 102 .

WU X M ， FENG Q J ， BAI C C ， et al . A novel fast-charging stations locational planning model for electric bus transit system ［J］. Energy ， 2021 ， 224 ： 120106 .

GJELAJ M ， HASHEMI S ， ANDERSEN P B ， et al . Optimal infrastructure planning for EV fast-charging stations based on prediction of user behaviour ［J］. IET Electrical Systems in Transportation ， 2020 ， 10 （ 1 ）： 1 - 12 .

EHSAN A ， YANG Q . Active distribution system reinforcement planning with EV charging stations： Part Ⅰ uncertainty modeling and problem formulation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 970 - 978 .

张岩，韩伟，宋闯，等 . 含电动汽车的光储充一体化电站设施规划与运行联合优化［J］. 储能科学与技术， 2022 ， 11 （ 5 ）： 1502 - 1511 .

ZHANG Yan ， HAN Wei ， SONG Chuang ， et al . Joint planning and operation optimization of photovoltaic-storagecharging integrated station containing electric vehicles ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2022 ， 11 （ 5 ）： 1502 - 1511 .

杨健维，李爱，廖凯 . 城际高速路网中光储充电站的定容规划［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 3 ）： 934 - 943 .

YANG Jianwei ， LI Ai ， LIAO Kai . Capacity planning of light storage charging station for intercity highways based on charging guidance ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 934 - 943 .

陈艳波，田昊欣，刘宇翔，等 . 计及电动汽车需求响应的高速公路服务区光储充鲁棒优化配置［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 16 ［ 2023-12-31 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231850 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231850 .

CHEN Yanbo ， TIAN Haoxin ， LIU Yuxiang ， et al . Robust optimal allocation of optical storage and charging in highway service areas taking into account electric vehicle demand response ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 16 ［ 2023-12-31 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231850 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231850 .

原诗萌 . 氢能产业热启动：央企转型动力与行业发展前瞻［J］. 国资报告， 2023 （ 7 ）： 89 - 93 .

YUAN Shimeng . Hot start of hydrogen energy industry： transformation power of central enterprises and prospect of industry development ［J］. State-Owned Assets Report ， 2023 （ 7 ）： 89 - 93 .

赵元发，司杨，麻林瑞，等 . 交通网-电网耦合框架下制氢加氢站选址定容［J/OL］. 太阳能学报： 1 - 8 ［ 2023-10-24 ］. https：//doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0619 https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0619 .

ZHAO Yuanfa ， SI Yang ， MA Linrui ， et al . Siting and sizing of hydrogen production and refueling stations in the framework of transportation network-grid coupling ［J/OL］. Acta Energiae Solaris Sinica ： 1 - 8 ［ 2023-10-24 ］. https：//doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0619 https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0619 .

王书征，单婷婷，赵洋，等 . 考虑不同制氢方法的高速公路加氢站布局规划［J/OL］. 电力自动化设备： 1 - 16 ［ 2023-12-31 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202310023 https://doi.org/10.16081/j.epae.202310023 .

WANG Shuzheng ， SHAN Tingting ， ZHAO Yang ， et al . Layout planning of highway hydrogen refueling stations considering different hydrogen production methods ［J/OL］. Electric Power Automation Equipment ： 1 - 16 ［ 2023-12-31 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202310023 https://doi.org/10.16081/j.epae.202310023 .

MIRALINAGHI M ， LOU Y Y ， KESKIN B B ， et al . Refueling station location problem with traffic deviation considering route choice and demand uncertainty ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2017 ， 42 （ 5 ）： 3335 - 3351 .

MIRALINAGHI M ， KESKIN B B ， LOU Y Y ， et al . Capacitated refueling station location problem with traffic deviations over multiple time periods ［J］. Networks and Spatial Economics ， 2017 ， 17 （ 1 ）： 129 - 151 .

康重庆，程耀华，孙彦龙，等 . 电力系统碳排放流的递推算法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 18 ）： 10 - 16 .

KANG Chongqing ， CHENG Yaohua ， SUN Yanlong ， et al . Recursive calculation method of carbon emission flow in power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 18 ）： 10 - 16 .

WEI X ， ZHANG X ， SUN Y X ， et al . Carbon emission flow oriented tri-level planning of integrated electricity-hydrogen-gas system with hydrogen vehicles ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 2607 - 2618 .

赵伟，熊正勇，潘艳，等 . 计及碳排放流的电力系统低碳规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 23 - 33 .

ZHAO Wei ， XIONG Zhengyong ， PAN Yan ， et al . Low-carbon planning of power system considering carbon emission flow ［J］ . Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 23 - 33 .

TAO Y C ， QIU J ， LAI S Y ， et al . Carbon-oriented electricity network planning and transformation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1034 - 1048 .

CHENG Y H ， ZHANG N ， LU Z X ， et al . Planning multiple energy systems toward low-carbon society： a decentralized approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 5 ）： 4859 - 4869 .

YANG T S ， GUO Y ， DENG L R ， et al . A linear branch flow model for radial distribution networks and its application to reactive power optimization and network reconfiguration ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 3 ）： 2027 - 2036 .

潘思佳，徐潇源，严正，等 . 基于多仿射决策规则的电-氢耦合系统多阶段鲁棒优化调度［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 42 - 52 .

PAN Sijia ， XU Xiaoyuan ， YAN Zheng ， et al . Multi-stage robust optimal scheduling of electricity-hydrogen coupled system based on multiple affine decision rules ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 42 - 52 .

LI Z H ， WU W C ， TAI X ， et al . A reliability-constrained expansion planning model for mesh distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 948 - 960 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

ZHENG Ran

LIU Baozhu

HU Junjie

XIE Dongliang

LU Zimeng

LIAO Yuming

YANG Lei

LIU Wenlong

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

State Grid Shanghai Energy Interconnection Research Institute Co., Ltd.

School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University

⁰