電気自動車充電ステーションを活用した配電網ディスパッチングのための日前計画と数値検証

Core Concepts

電気自動車充電ステーションと蓄電池エネルギーシステムの柔軟性を活用し、配電網の日前最適ディスパッチ計画を立案し、実時間制御によりその計画を追従することができる。

Abstract

本論文は、配電網の日前ディスパッチングのための2段階のフレームワークを提案している。
第1段階では、電気自動車充電ステーション(EVCS)、需要、太陽光発電の不確実性を考慮して、配電網の接続点における24時間の最適な日前ディスパッチ計画を立案する。EVCSの需要予測にはガウシアンミクスチャーモデルを用いる。
第2段階では、実時間モデル予測制御を用いて、日前ディスパッチ計画を実時間で追従する。EVCSと蓄電池エネルギーシステム(BESS)の柔軟性を活用し、配電網の電圧・電流制約を満たしながら、日前計画と実現値の誤差を最小化する。
提案手法を、EPFL構内の実際の配電網に適用し、数値検証を行った。日前予測と実現値の誤差を大幅に低減できることを示した。特に、EVCSの柔軟性を活用することで、BESSのみの場合に比べて、ディスパッチ誤差を大幅に低減できることが分かった。

Stats

配電網接続点における日前ディスパッチ計画と実現値の誤差(UEE)は、BESSのみの制御では77%、BESSとEVCSの制御では75%低減された。
最大絶対誤差(MAE)は、BESSのみの制御では96%、BESSとEVCSの制御では92%低減された。
最大絶対電力(MPP)は、BESSのみの制御では77%、BESSとEVCSの制御では71%低減された。

Quotes

"電気自動車充電ステーションと蓄電池エネルギーシステムの柔軟性を活用し、配電網の日前最適ディスパッチ計画を立案し、実時間制御によりその計画を追従することができる。"
"提案手法を、EPFL構内の実際の配電網に適用し、数値検証を行った。日前予測と実現値の誤差を大幅に低減できることを示した。特に、EVCSの柔軟性を活用することで、BESSのみの場合に比べて、ディスパッチ誤差を大幅に低減できることが分かった。"

Key Insights Distilled From

Grid-aware Scheduling and Control of Electric Vehicle Charging Stations for Dispatching Active Distribution Networks. Part-I: Day-ahead and Numerical Validation

by Rahul K. Gup... at arxiv.org 04-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.12863.pdf

Deeper Inquiries

配電網の日前ディスパッチ計画を立案する際に、どのような予測モデルを用いれば、より正確な需要・発電予測が可能になるか

電気自動車充電ステーション（EVCS）の需要予測には、多変量ガウス混合モデル（GMM）を使用することで、より正確な予測が可能となります。このモデルは、到着時間、出発時間、EVバッテリー容量、目標SoCなどの多くの影響要因を考慮し、需要の確率分布を適切にモデル化します。GMMは多変量の確率的傾向を適切にモデル化することができるため、過去のデータに依存する非パラメトリックなアプローチよりも柔軟性があります。これにより、より正確な需要予測が可能となり、日前ディスパッチ計画の精度向上につながります。

EVCSの柔軟性を活用する際の課題は何か

EVCSの柔軟性を活用する際の課題は、EV利用者の満足度を維持しながら、電力ネットワークのディスパッチ計画を遂行することです。EV利用者は、充電ステーションを利用する際に特定の時間枠や目標SoCを持っており、これらの要件を満たす必要があります。一方で、電力ネットワークのディスパッチ計画を遂行するためには、EVCSの柔軟性を最大限活用する必要があります。この課題を解決するためには、適切な制御アルゴリズムを使用して、電力ネットワークの要件とEV利用者の要件をバランス良く考慮しながら、効果的なディスパッチ計画を立案する必要があります。

EV利用者の満足度をどのように維持するか

本手法を他の電力システムに適用する際の留意点はいくつかあります。まず、各電力システムの特性や要件に合わせてモデルやアルゴリズムをカスタマイズする必要があります。さまざまな電力システムには異なる構成や制約が存在するため、それらを考慮した適切な調整が必要です。また、通信およびセンシングインフラストラクチャーの整備も重要です。リアルタイム情報の収集や制御には適切なインフラストラクチャーが必要となるため、各電力システムに合わせたインフラの整備が必要です。さらに、異なる電力システムにおいても、EVCSの柔軟性を最大限活用するための最適化手法や制御アルゴリズムを検討することが重要です。異なる電力システムにおいても、効果的なディスパッチ計画を立案するためには、それぞれの環境や要件に合わせた適切な対応が必要となります。