智能配电网中基于可再生能源与电池系统的氢燃料与电动汽车充电站经济规划与优化布局研究

为解决智能配电网中电动汽车充电站(EVCS)和氢燃料站(HFS)独立规划导致的运营成本激增、电网损耗加剧等问题，Mehdi Veisi团队创新性地提出集成可再生能源(RES)与电池系统的双层级优化模型。研究通过Benders分解算法实现协同规划，使网络运营成本降低51.3%、线损减少74.5%，电压稳定性提升17.7%，为清洁交通能源基础设施设计提供关键技术路径。

　　

随着化石燃料导致的环境污染加剧，电动汽车(EV)和燃料电池汽车(FCV)的普及已成为全球趋势。然而，快速充电模式下的电动汽车充电站(EVCS)和大功率需求的氢燃料站(HFS)直接接入电网时，会造成电压骤降、线路过载等严重问题。更棘手的是，现有研究多将EVCS和HFS独立规划，忽视了二者在电网依赖性和空间协同上的潜在关联。如何通过可再生能源(RES)与储能系统的智能整合，同时解决充电基础设施的经济性和电网兼容性，成为能源领域亟待突破的难题。

伊斯兰阿扎德大学萨南达季分校电气工程系的研究团队在《Results in Engineering》发表了一项开创性研究。该团队构建了包含光伏(PV)、风力(WT)、生物质(BU)单元和电池(B)系统的混合能源站，采用双层级随机优化框架：上层优化充电站建设成本与运维支出，下层控制电网运行损耗，通过Benders分解算法处理包含负荷波动、能源价格等不确定性的100个典型场景。关键技术包括：1) 线性化交流最优潮流模型；2) 多边形近似法处理功率转换器PQ约束；3) 蒙特卡洛模拟与同步回代法生成缩减场景集。

研究结果揭示：

1. 1.

   规划方案验证

   在IEEE 69节点网络中部署7个复合能源站，其中VRS1/VRS4集成EVCS与HFS，配备4台风机(WT)、10组光伏和3套生物质单元。电池数量与可再生能源容量正相关，最大配置达12组135kWh电池。

2. 2.

   经济性对比

   相较于独立建站方案(Case II)，集成RES的方案(Case VI)使充电站年总成本(ATC)增加2.2%至491.59万美元，但电网运营成本骤降51.3%，能量损耗成本锐减74.5%。特别值得注意的是，仅通过无功功率控制就贡献了47.2%的线损改善。

3. 3.

   技术指标提升

   电压幅值最低值从0.813 p.u.提升至0.908 p.u.(+17.7%)，线路 contingency index(LCI)从-34.7%改善至13.4%，彻底消除过载风险。敏感性分析显示，负荷峰值和电价波动对电网成本影响达9%/8.32%，而RES容量扩大10%可降低电网成本0.83%。

这项研究开创性地证明了可再生能源混合系统与无功控制协同的倍增效应：通过VRS1/VRS4等枢纽站配置，在 feeder 首末端分别实现功率支撑和电压调节的双重功能。相比传统方案，该体系在保持充电效率的同时，将电网安全边界扩大148.1%，为《巴黎协定》背景下的交通-能源协同减碳提供了可量化的技术范式。未来研究可进一步探索鲁棒优化在不确定性处理中的应用，以及建立系统可持续性的数学评价指标。