考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略

鲍谚; 石锦凯; 陈世豪

doi:10.7500/AEPS20220922005

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考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略
- Robust Real-time Control Strategy for Energy Storage in Fast Charging Station Considering Load Forecasting Uncertainty
- 电力系统自动化 2023年47卷第10期页码：107-116
- 作者机构：
  
  北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心，北京市 100044
- 作者简介：
  
  鲍谚(1982—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：储能在电力系统、电动汽车和新型轨道交通中的应用、微网/主动配电网能量管理策略及系统、充电站选址定容、电动汽车有序充电及V2G并网控制。E-mail：ybao@bjtu.edu.cn
  石锦凯(1995—)，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：充电站规划和电力市场。E-mail：21117030@bjtu.edu.cn
  陈世豪(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：快充站能量管理策略。E-mail：21121413@bjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177206)
- DOI：10.7500/AEPS20220922005
  中图分类号：
- 收稿：2022-09-22，
  
  修回：2023-02-14，
  
  网络出版：2023-03-24，
  
  纸质出版：2023-05-25
- 稿件说明：
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鲍谚,石锦凯,陈世豪.考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(10):107-116.

BAO Yan,SHI Jinkai,CHEN Shihao.Robust Real-time Control Strategy for Energy Storage in Fast Charging Station Considering Load Forecasting Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):107-116.
鲍谚,石锦凯,陈世豪.考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(10):107-116. DOI： 10.7500/AEPS20220922005.

BAO Yan,SHI Jinkai,CHEN Shihao.Robust Real-time Control Strategy for Energy Storage in Fast Charging Station Considering Load Forecasting Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):107-116. DOI： 10.7500/AEPS20220922005.

摘要

当电动汽车快速充电站配置电池储能系统时，合理的能量管理策略对控制充电负荷峰值功率、减小功率波动具有重要意义。然而，能量管理策略的有效性依赖于准确的负荷预测，但实际上由于环境影响和预测模型的原因负荷预测无法完全准确。基于以上问题，为应对充电站储能能量管理策略中充电负荷不确定造成的影响，提出了考虑负荷预测不确定性的储能鲁棒实时控制策略。首先，分析了现有的负荷预测方法，并对负荷预测结果进行建模；然后，运用鲁棒预测控制方法，分别以充电站电费最小和储能系统荷电状态波动最小为目标构建系统模型和设计控制策略，并通过鲁棒对等转化将不确定性模型消除，有效应对负荷预测不确定性的影响。算例研究表明，通过对比模型预测控制和逻辑门限控制的结果，所提的鲁棒控制策略能够有效降低充电负荷峰值，验证了策略的有效性。

Abstract

Reasonable energy management strategy is of great significance to control the peak power of charging load and reduce the power fluctuation when the battery energy storage system is configured in the electric vehicle fast charging station. However

the effectiveness of the energy management strategy depends on the accurate load forecasting

which cannot be completely accurate due to environmental influences and forecasting models. Based on the above problems

in order to cope with the impact of charging load uncertainty in the energy storage management strategy of charging stations

this paper proposes a robust real-time control strategy for energy storage considering the load forecasting uncertainty. First

current load forecasting methods are analyzed and load forecasting results are modelled. Then

the robust predictive control method is used to establish the system model and design the control strategy respectively with the objective of minimizing the electricity charge of charging stations and the state of charge (SOC) fluctuation of the energy storage system. The uncertainty model is eliminated through robust counterpart transformation to effectively cope with the impact of the load forecasting uncertainty. Case studies show that the proposed robust control strategy can effectively reduce the peak charging load by comparing the results of model predictive control and logical threshold control

which verifies the effectiveness of the strategy.

关键词

Keywords

references

胡泽春，邵成成，何方，等 . 电网与交通网耦合的设施规划与运行优化研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

HU Zechun ， SHAO Chengcheng ， HE Fang ， et al . Review and prospect of research on facility planning and optimal operation for coupled power and transportation networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

曾梦隆，韦钢，朱兰，等 . 交直流配电网中电动汽车充换储一体站规划［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 52 - 60 .

ZENG Menglong ， WEI Gang ， ZHU Lan ， et al . Planning of electric vehicle charging-swapping-storage integrated station in AC/DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 52 - 60 .

刘晋源，吕林，高红均，等 . 计及分布式电源和电动汽车特性的主动配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 48 .

LIU Jinyuan ， LYU Lin ， GAO Hongjun ， et al . Planning of active distribution network considering characteristics of distributed generator and electric vehicle ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 48 .

严干贵，王铭岐，段双明，等 . 考虑荷电状态恢复的储能一次调频控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 52 - 61 .

YAN Gangui ， WANG Mingqi ， DUAN Shuangmin ， et al . Primary frequency regulation control strategy of energy storage considering state of charge recovery ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 52 - 61 .

全慧，李相俊，贾学翠，等 . 提高快充电站与配电网互动能力的储能系统模型及控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 23 - 30 .

QUAN Hui ， LI Xiangjun ， JIA Xuecui ， et al . Model and control strategy of energy storage system for improving interaction capability between fast charging station and distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 23 - 30 .

毛志宇，李培强，郭思源 . 基于自适应时间尺度小波包和模糊控制的复合储能控制策略［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 14 ［ 2022-10-27 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS20220218001 http://doi.org/10.7500/AEPS20220218001 .

MAO Zhiyu ， LI Peiqiang ， GUO Siyuan . Coordinated control strategy of composite energy storage based on wavelet packet with adaptive time scale and fuzzy control ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 14 ［ 2022-10-27 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS20220218001 http://doi.org/10.7500/AEPS20220218001 .

罗恒，严晓，王钦，等 . 充电场站光储充控制策略［J］. 储能科学与技术， 2022 ， 11 （ 1 ）： 275 - 282 .

LUO Heng ， YAN Xiao ， WANG Qin ， et al . Charging and discharging strategy of battery energy storage in the charging station with the presence of photovoltaic ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2022 ， 11 （ 1 ）： 275 - 282 .

杨校辉，邱俊宏，张娟，等 . 一种基于综合能源优化调配的充电站运营管理系统研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 5 ）： 173 - 179 .

YANG Xiaohui ， QIU Junhong ， ZHANG Juan ， et al . Research on a charging station operation management system based on integrated energy optimization ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 5 ）： 173 - 179 .

吕忠麟，顾洁，孟璐 . 基于耦合特征与多任务学习的综合能源系统短期负荷预测［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 11 ）： 58 - 66 .

LYU Zhonglin ， GU Jie ， MENG Lu . Short-term load forecasting for integrated energy system based on coupling features and multi-task learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 58 - 66 .

李冉，王明强，杨明，等 . 考虑故障概率和净负荷不确定性的鲁棒随机备用优化［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 6 ）： 20 - 29 .

LI Ran ， WANG Mingqiang ， YANG Ming ， et al . Robust-stochastic reserve optimization considering uncertainties of failure probability and net load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 20 - 29 .

魏聪颖，汪旸，徐浩，等 . 计及广义负荷不确定性和激励型需求响应的电力现货市场竞价方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 7 ）： 76 - 83 .

WEI Congying ， WANG Yang ， XU Hao ， et al . Bidding method of electricity spot market considering uncertainty of generalized load and incentive-based demand response ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 76 - 83 .

周玉，王忠东，赵双双，等 . 计及源荷时序特性的低压台区分布式光伏接入分布鲁棒优化方法［J/OL］. 南京信息工程大学学报（自然科学版）： 1 - 15 ［ 2022-12-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//32.1801.N.20221205.0947.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//32.1801.N.20221205.0947.002.html .

ZHOU Yu ， WANG Zhongdong ， ZHAO Shuangshuang ， et al . Distributionally robust optimization method of distributed photovoltaic access in low-voltage distribution station area considering source-load timing characteristics ［J/OL］. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology （Natural Science Edition）： 1 - 15 ［ 2022-12-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//32.1801.N.20221205.0947.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//32.1801.N.20221205.0947.002.html .

熊小萍，杨辉，蔡义明 . 考虑用户禀赋效应和环保意识不确定性的微电网鲁棒优化调度方法［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 12 ［ 2022-12-19 ］. http：//10.13334/j.0258-8013.pcsee.221696 http://10.13334/j.0258-8013.pcsee.221696 .

XIONG Xiaoping ， YANG Hui ， CAI Yiming . Robust optimal dispatch method of microgrid considering user endowment effect and environmental awareness uncertainty ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 12 ［ 2022-12-19 ］. http：//10.13334/j.0258-8013.pcsee.221696 http://10.13334/j.0258-8013.pcsee.221696 .

罗世刚，张伟，李威武，等 . 考虑电/热储能灵活经济调控的综合能源系统与产消者日前协调优化运行策略［J/OL］. 储能科学与技术： 1 - 12 ［ 2022-12-27 ］. https：//esst.cip.com.cn/CN/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0538 https://esst.cip.com.cn/CN/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0538 .

LUO Shigang ， ZHANG Wei ， LI Weiwu ， et al . A day-ahead optimized operation of integrated energy system and prosumers with flexible economic regulation of electric/thermal storage ［J/OL］. Energy Storage Science and Technology ： 1 - 12 ［ 2022-12-27 ］. https：//esst.cip.com.cn/CN/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0538 https://esst.cip.com.cn/CN/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0538 .

王钰山，邓晖，王旭，等 . 考虑台风时空演变的配电网移动储能优化配置与运行策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 9 ）： 42 - 51 .

WANG Yushan ， DENG Hui ， WANG Xu ， et al . Optimal configuration and operation strategy of mobile energy storage in distribution network considering spatial-temporal evolution of typhoon ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 42 - 51 .

黎静华，骆怡辰，杨舒惠，等 . 可再生能源电力不确定性预测方法综述［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 4 ）： 1144 - 1157 .

LI Jinghua ， LUO Yichen ， YANG Shuhui ， et al . Review of uncertainty forecasting methods for renewable energy power ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 4 ）： 1144 - 1157 .

叶瑞丽，郭志忠，刘瑞叶，等 . 基于置信区间估计及储能装置优化配置的风电场可靠出力研究［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 5 ）： 85 - 91 .

YE Ruili ， GUO Zhizhong ， LIU Ruiye ， et al . Reliable power output based on confidence interval estimation and optimal ESS configuration of wind farm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 85 - 91 .

颜伟，李丹，朱继忠，等 . 月前日负荷曲线的概率预测和随机场景模拟［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 17 ）： 155 - 162 .

YAN Wei ， LI Dan ， ZHU Jizhong ， et al . Probabilistic forecasting and stochastic scenario simulation of month-ahead daily load curve ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 17 ）： 155 - 162 .

黄南天，刘德宝，蔡国伟，等 . 基于多相关日场景生成的电动汽车充电负荷区间预测［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 23 ）： 7980 - 7990 .

HUANG Nantian ， LIU Debao ， CAI Guowei ， et al . Interval prediction of electric vehicle charging load based on scene generation with multiple correlation days ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 23 ）： 7980 - 7990 .

曾鸣，杨雍琦，向红伟，等 . 计及需求侧响应的电力系统鲁棒优化规划模型［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 17 ）： 137 - 145 .

ZENG Ming ， YANG Yongqi ， XIANG Hongwei ， et al . Robust optimization planning model of power system considering demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 17 ）： 137 - 145 .

高荣，寇鹏，梁得亮，等 . 含混合式配电变压器的主动配电网电压鲁棒模型预测控制［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2081 - 2090 .

GAO Rong ， KOU Peng ， LIANG Deliang ， et al . Robust model predictive control for the voltage regulation in active distribution networks with hybrid distribution transformers ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2081 - 2090 .

QIN J S ， BADGWELL T A . A survey of industrial model predictive control technology ［J］. Control Engineering Practice ， 2003 ， 11 （ 7 ）： 733 - 764 .

王磊，周建平，朱刘柱，等 . 基于分布式模型预测控制的综合能源系统多时间尺度优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 57 - 65 .

WANG Lei ， ZHOU Jianping ， ZHU Liuzhu ， et al . Multi-time-scale optimization scheduling of integrated energy system based on distributed model predictive control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 57 - 65 .

刘自发，张婷，王岩 . 基于模型预测控制的主动配电网多场景变时间尺度优化调度［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 4 ）： 121 - 128 .

LIU Zifa ， ZHANG Ting ， WANG Yan . Multi-scenario variable time scale optimal scheduling of active distribution network based on model predictive control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 4 ）： 121 - 128 .

王阳，刘希喆 . 基于GRU-MPC的光储充电站日前-日内两阶段优化控制［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 10 ）： 177 - 183 .

WANG Yang ， LIU Xizhe . Day-ahead and intra-day two-stage optimal control of photovoltaic-energy storage charging station based on GRU-MPC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 177 - 183 .

张佩瑜，周建山，田大新 . 网联车辆编队的鲁棒模型预测控制方法［J］. 交通运输系统工程与信息， 2022 ， 22 （ 4 ）： 268 - 274 .

ZHANG Peiyu ， ZHOU Jianshan ， TIAN Daxin . Robust model predictive control method for connected vehicle platoon ［J］. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology ， 2022 ， 22 （ 4 ）： 268 - 274 .

谢云云，杨正婷，蔡胜，等 . 基于鲁棒模型预测控制的配电网供电恢复策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 123 - 131 .

XIE Yunyun ， YANG Zhengting ， CAI Sheng ， et al . Power supply restoration strategy for distribution network based on robust model prediction control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 123 - 131 .

ECKER M ， NIETO N ， KÄBITZ S ， et al . Calendar and cycle life study of Li（NiMnCo）O 2 -based 18650 lithium-ion batteries ［J］. Journal of Power Sources ， 2014 ， 248 ： 839 - 851 .

SAXENA S ， HENDRICKS C ， PECHT M . Cycle life testing and modeling of graphite/LiCoO 2 cells under different state of charge ranges ［J］. Journal of Power Sources ， 2016 ， 327 ： 394 - 400 .

杨德友，温佳鑫，陈家荣，等 . 用于提高风电场可调度性的储能系统预测控制策略［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 3 ）： 1043 - 1048 .

YANG Deyou ， WEN Jiaxin ， CHAN Kevin ， et al . Smoothing and dispatching the output of wind/battery energy storage hybrid system via model prediction control ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 3 ）： 1043 - 1048 .

BERTSIMAS D ， SIM M . The price of robustness ［J］. Operations Research ， 2004 ， 52 （ 1 ）： 35 - 53 .

BEN-TAL A ， NEMIROVSKI A . Robust convex optimization ［J］. Mathematics of Operations Research ， 1998 ， 23 （ 4 ）： 769 - 805 .

曾林俊，许加柱，王家禹，等 . 考虑区间构造的改进极限学习机短期电力负荷区间预测［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 7 ）： 2555 - 2563 .

ZENG Linjun ， XU Jiazhu ， WANG Jiayu ， et al . Short-term electrical load interval forecasting based on improved extreme learning machine considering interval construction ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 2555 - 2563 .

石锦凯，鲍谚，陈振，等 . 计及充电负荷不确定性的充电站储能鲁棒优化配置方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 20 ）： 49 - 58 .

SHI Jinkai ， BAO Yan ， CHEN Zhen ， et al . Robust optimization configuration method of energy storage for charging stations considering charging load uncertainty ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 20 ）： 49 - 58 .

鲍志伟 . 具有储能系统的快速充电站优化能量管理策略研究［D］. 北京：北京交通大学， 2016 .

BAO Zhiwei . Research on energy management strategy of fast charging station with energy storage system ［D］. Beijing ： Beijing Jiaotong University ， 2016 .

刘颖明，王晓东，彭朝阳 . 计及储能出力水平的平滑风电功率模型预测控制策略［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1723 - 1731 .

LIU Yingming ， WANG Xiaodong ， PENG Chaoyang . Model predictive control strategy for smoothing wind power with energy storage output level ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1723 - 1731 .

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