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高速公路自洽能源系统规划中的经济性特点

交通运输工程学报 2024年第4期24卷 56-70页

作者：黄仙叶笑容纪文童冯璋洁华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

为促进交通与能源融合发展,构建了以风-光-储为供电侧,高速公路用电设备为需求侧,且具有合理运行规则的高速公路自洽能源系统架构;以风-光-储设备数量为规划变量,系统等年值成本为优化目标,缺电概率和弃风弃光量等为约束条件,建立了自... 详细信息

为促进交通与能源融合发展,构建了以风-光-储为供电侧,高速公路用电设备为需求侧,且具有合理运行规则的高速公路自洽能源系统架构;以风-光-储设备数量为规划变量,系统等年值成本为优化目标,缺电概率和弃风弃光量等为约束条件,建立了自洽能源系统的规划模型;将设定的系统运行规则转化成具体的运行策略,以西部某地区风、光历史数据及负荷需求数据为输入,进行了算例仿真。研究结果表明:微电网联通功率上限的提升可使自洽能源系统的经济成本明显下降,当微电网联通功率上限由0增加到1000 kW时,系统等年值成本减少了8.53%;新能源消纳率的提高将造成经济成本抬升,过高的新能源消纳率追求甚至将导致经济成本的急速攀升,弃风弃光量约束力度的加强使新能源消纳率上涨了9.05%,等年值成本随之上涨了73.86%;负荷分级管理的应用可大幅降低系统经济成本,一级负荷的缺电概率上限不变,将二级和三级负荷的缺电概率上限从0分别改设为0.05和0.20时,自洽能源系统的等年值成本甚至减少了90.97%。可见,微电网联通、负荷分级管理的应用以及合理的新能源消纳率要求可使高速公路自洽能源系统规划的成本更具合理性。

关键词：道路工程自洽能源系统微电网群高速公路可再生能源新能源消纳率负荷分级管理

基于改进模拟退火遗传算法的高速公路服务区自洽能源系统高能效优化

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西安交通大学学报 2024年第1期58卷 197-207,216页

作者：李艳波李若尘史博陈俊硕长安大学能源与电气工程学院西安710064 河南交通投资集团有限公司运营管理中心郑州450016

针对高速公路自洽能源系统高能效优化的问题,基于改进模拟退火遗传算法(SA-GA),提出了一种综合考虑经济目标和环保目标的自洽能源系统高能效优化运行策略。首先根据高速公路服务区自洽能源系统中各电力单元特性,建立一种综合考虑系统经... 详细信息

针对高速公路自洽能源系统高能效优化的问题,基于改进模拟退火遗传算法(SA-GA),提出了一种综合考虑经济目标和环保目标的自洽能源系统高能效优化运行策略。首先根据高速公路服务区自洽能源系统中各电力单元特性,建立一种综合考虑系统经济性和环保性的能效目标函数;其次根据高速公路服务区自洽能源系统的分类,建立了不同类型系统对应的约束条件;为避免遗传算法易陷入局部最优的缺陷,引入模拟退火算法,对改进后的SA-GA算法采用降温函数,寻找全局最优解;利用新疆某高速公路服务区自洽能源系统发电和负荷数据,并在传统服务区负荷的基础上进一步考虑新能源汽车充电站的影响。测试函数测试结果表明:SA-GA算法在求解速度和稳定性方面有明显提升,改进SA-GA算法对夏季、冬季典型日能效优化的结果,相较于遗传算法,在寻优精度提升约为20.33%。

关键词：交通能源融合自洽能源系统高能效充电站模拟退火算法遗传算法

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高速公路自洽能源系统规划中的关键问题

长安大学学报(自然科学版) 2024年第5期44卷 1-13页

作者：赵莉莎胡力群袁旻忞韩振强韩泳图黄虹鑫长安大学公路学院交通运输部公路科学研究院

为了应对交通清洁能源高效利用的重大需求，建立适配交通用能特征的高速公路自洽能源系统，对“电源”(源)、“电网”(网)、“负荷”(荷)、“储能”(储)四大组成要素进行了分析，提出了基于“源-网-荷-储”的高速公路自洽能源系统架构... 详细信息

为了应对交通清洁能源高效利用的重大需求，建立适配交通用能特征的高速公路自洽能源系统，对“电源”(源)、“电网”(网)、“负荷”(荷)、“储能”(储)四大组成要素进行了分析，提出了基于“源-网-荷-储”的高速公路自洽能源系统架构。依据系统所处地理位置、电网等级、自然禀赋、负荷等级以及当地政策，将高速公路自洽能源系统的运行策略分为全额并网，自发自用、余电上网，自发自用、余电储能，离网运行4种模式，进而得到不同场景下高速公路自洽能源系统规划的一般路径。在此基础上，围绕高速公路自洽能源系统规划中的基于多态清洁能源自然禀赋的供给潜力评估、公路用能负荷预测、储能方式选择及配置比例、系统运行效能评价4个关键问题进行了探讨。研究结果表明：合理规划高速公路自洽能源系统不仅促进电力能源与绿色交通的融合发展，同时对降低交通运营成本、提高清洁能源利用率具有重大意义。

关键词：道路工程自洽能源系统清洁能源系统规划设计关键技术

高速公路服务区自洽能源系统的IWOA-LSSVM光伏功率短期预测

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长安大学学报(自然科学版) 2024年第5期44卷 47-56页

作者：李艳波刘妙阳李林宜王龙飞陈俊硕王秋才刘珈汐长安大学能源与电气工程学院长安大学电子与控制工程学院大理大学工程学院国能准能集团有限责任公司

为了推动高速公路绿色转型发展，提高交通领域可再生能源自洽率，针对高速公路场景下光伏发电功率预测精度不高的问题，提出一种改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化最小二乘支持向量机（LSSVM）的预测模型（IWOA-LSSVM）。首先，对鲸鱼优化... 详细信息

为了推动高速公路绿色转型发展，提高交通领域可再生能源自洽率，针对高速公路场景下光伏发电功率预测精度不高的问题，提出一种改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化最小二乘支持向量机（LSSVM）的预测模型（IWOA-LSSVM）。首先，对鲸鱼优化算法（WOA）进行改进，在初始化过程中加入混沌映射Tent和随机变量来增加初始化种群的多样性，提高发现全局最优解的概率；在WOA中引入非线性收敛因子和自适应权重的方法、有效提高全局搜索和局部搜索的能力；在螺旋更新阶段融合Lévy飞行策略，扩大搜索空间的覆盖范围，提升算法的全局优化能力，通过以上改进方法以优化LSSVM的模型参数，解决盲目选参问题。其次，构建IWOA-LSSVM,对收集到的历史数据进行分析并根据光伏电站实际环境使用Pearson相关系数评估关键气候影响因素，利用该方法得到模型初始参数。最后，通过对河北某高速公路服务区光伏电站的实际数据进行仿真试验。研究结果表明：在不同天气条件下，IWOA-LSSVM的预测精度均高于LSSVM;晴天时，IWOA-LSSVM相比于LSSVM的均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别下降了26.87%和25.92%;阴天时，IWOA-LSSVM相比于LSSVM的RMSE和MAE分别下降了8%和6%;雨天时，IWOA-LSSVM相比于LSSVM的RMSE和MAE下降最高，分别为49.6%和60%,模型预测精度提升最为显著；该模型提高了光伏发电功率预测精度，提升了高速公路自洽能源系统光伏发电的经济效益。

关键词：交通工程光伏功率预测鲸鱼算法自洽能源系统最小二乘支持向量机 Lévy飞行

面向高速公路服务区自洽能源系统的RAMS评价方法研究

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：李艳波汪静远陈圆媛程绍峰吕浩楠陈俊硕长安大学能源与电气工程学院河南交通投资集团中国兵器工业集团航空弹药研究院

推进高速公路服务区自洽能源系统发展是实现双碳战略的重要举措。然而，如何评价服务区自洽能源系统的弹性和能效是一个亟待解决的难题，本文提出了一种基于高速公路服务区自洽能源系统的评价方法。首先分析了服务区自洽能源系统的结构... 详细信息

推进高速公路服务区自洽能源系统发展是实现双碳战略的重要举措。然而，如何评价服务区自洽能源系统的弹性和能效是一个亟待解决的难题，本文提出了一种基于高速公路服务区自洽能源系统的评价方法。首先分析了服务区自洽能源系统的结构及特点，考虑可靠性、可用性、可维修性和安全性四个方面的影响因素，建立了面向服务区自洽能源系统的评价模型，并设计评价策略。其次，基于熵权-TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）法确定各项指标的权重，基于改进AHP（Analytic Hierarchy Process）-VIKOR法确定系统各项属性的权重，建立新型多准则综合评价体系。最后选取某服务区作为算例进行比较分析，验证了本文提出的评价方法评价自洽能源系统的正确性与合理性。

关键词：交通运输系统工程自洽能源系统服务区多准则评价体系

极端天气下高速公路自洽能源系统移动电源车的优化调度

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：李艳波刘妙阳杨凯张云锐吕浩楠王秋才长安大学能源与电气工程学院长安大学电子与控制工程学院山东省交通规划设计院集团有限公司

近年来极端天气对高速公路电网系统造成严重破坏，如何合理调配移动电源车是目前高速公路故障抢修中亟需解决的难题。因此，本文提出了一种极端天气下的高速公路移动电源车的优化调度方法。首先利用蒙特卡洛模拟方法，通过历史天气数据... 详细信息

近年来极端天气对高速公路电网系统造成严重破坏，如何合理调配移动电源车是目前高速公路故障抢修中亟需解决的难题。因此，本文提出了一种极端天气下的高速公路移动电源车的优化调度方法。首先利用蒙特卡洛模拟方法，通过历史天气数据和实际线路参数构建极端天气下覆冰载荷、风力载荷和绝缘子闪络的数学模型，得到输电线路的脆弱性模型，进而确定整个系统中的故障情况；其次通过蒙特卡洛模拟方法和目标函数收敛条件求出移动电源车最优接入点，调度移动电源车来提高系统弹性；最后利用新疆某高速公路服务区自洽能源系统数据进行了仿真分析，结果表明：本文的调度方法相比于目前常用的移动电源车接入点固定不变的方法，恢复供电的负荷比例提高了12%，提升了移动电源车工作效率和自洽能源系统的弹性性能。

关键词：交通运输系统工程自洽能源系统极端天气移动电源车调度蒙特卡洛模拟弹性提高

不同运行模式下的交通自洽能源系统架构配置优化

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交通运输工程学报 2024年第5期24卷 23-39页

作者：黄虹鑫胡力群张懿璞徐先峰长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学能源与电气工程学院陕西西安710064

为推进交通空间内的可再生能源利用,针对复杂多变的交通环境及工程建设运营条件,提出了4种运行模式及对应的交通自洽能源系统架构,并建立每种运行模式下的系统架构配置优化模型,使用改进非支配排序遗传算法对配置优化模型进行求解;结合... 详细信息

为推进交通空间内的可再生能源利用,针对复杂多变的交通环境及工程建设运营条件,提出了4种运行模式及对应的交通自洽能源系统架构,并建立每种运行模式下的系统架构配置优化模型,使用改进非支配排序遗传算法对配置优化模型进行求解;结合案例对不同运行模式下的系统架构配置方案的影响因素进行分析,给出了不同运行模式下的系统架构配置方案性能特征及适应交通环境。研究结果表明:运行模式A的经济性和环保性最好,建设条件容易达到,但系统可靠性最差,无附加约束情况下模拟运行结果显示缺电概率为6.7%,低重要性负荷断电概率为23.23%;运行模式D的系统可靠性最佳,但对并网条件要求高,并网联络功率可达483.53 kW;模式B和C的特征较为均衡,可应用交通环境最多;不同优化目标的优化方向存在冲突,技术或环保性能指标每提高1%,经济投入都将增加数百万元;弃电率主要影响输出功率具有强烈波动的电源及储能的配置容量,本文案例中利用水电时弃电率超过40%;不同约束指标与优化目标之间联动影响,且根据不同约束要求的严格程度差异,存在约束遮盖现象。

关键词：交通工程交通能源融合自洽能源系统运行模式多目标优化容量配置

高速公路自洽能源系统综合评价及优化调度研究

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高速公路自洽能源系统综合评价及优化调度研究

作者：柳柏松长安大学

学位级别：硕士

根据公开数据显示,我国交通运输领域碳排放占全国总碳排放的15%,其中公路运输占比高达85%以上,公路交通系统能源清洁化是亟待解决的问题。我国高速公路沿线所蕴含的可再生能源禀赋十分优越,但渗透率却不足10%,因此在交通系统中建立自洽... 详细信息

根据公开数据显示,我国交通运输领域碳排放占全国总碳排放的15%,其中公路运输占比高达85%以上,公路交通系统能源清洁化是亟待解决的问题。我国高速公路沿线所蕴含的可再生能源禀赋十分优越,但渗透率却不足10%,因此在交通系统中建立自洽能源系统成为减少交通领域碳排放的关键一环。本文以高速公路自洽能源系统作为研究对象,构建高速公路能源系统综合评价体系,并设计高速公路微电网优化调度策略以优化评价结果。本文主要工作内容如下:(1)针对高速公路自洽能源系统这一研究对象,本文将其分为负荷及微电网两部分进行分析,首先对高速公路用能场景进行负荷分析,并将各类负荷按重要性进行归类,建立各典型负荷模型;其次分析高速公路微电网系统布设特点,建立光伏系统、风机系统、储能系统和微型燃气轮机系统的数学模型。(2)针对现阶段高速公路自洽能源系统缺乏评价标准问题,本文根据高速公路负荷及电源特性,综合考虑能源性、经济性及可靠性构建高速公路自洽能源系统综合评价指标模型,并给出各指标计算方法。建立基于层次分析-熵权-CRITIC法的组合赋权方法,并通过组合赋权-TOPSIS法对所构建评价指标模型进行赋权评价,建立高速公路自洽能源系统评价体系。通过算例分析对本文所建立评价体系进行验证,结果表明本文所建立高速公路自洽能源系统评价体系具有可行性与实用性。(3)为优化高速公路综合评价结果,本文对高速公路微电网系统进行优化调度研究,以经济性及污染性最低为目标函数,以功率平衡约束、储能系统约束、分布式电源出力约束、与大电网交互约束及微型燃气轮机爬升约束作为调度约束条件,建立高速公路微电网优化调度模型,并设定优先消纳可再生能源出力政策;将传统粒子群算法(PSO)与遗传算法(GA)相结合,并引入“精英主义”,提出一种引入“精英主义”机制的遗传粒子群优化算法(EGPSO),并通过EGPSO算法对优化调度模型进行求解,仿真结果表明,与传统粒子群及遗传算法相比本文所设计算法在收敛速度及收敛精度方面都有所提升,可以有效降低微电网运维成本、减少污染排放。

关键词：高速公路自洽能源系统评价体系微电网优化调度

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绿色公水联运系统自洽配置优化方法

长安大学学报(自然科学版) 2024年第5期44卷 204-218页

作者：王杰黎玉强袁旻忞广州大学电子与通信工程学院交通运输部公路科学研究所

针对公水联运清洁能源缺乏有效配置策略和经济性的问题，提出一种综合考虑成本和供给能力的基于内外双层免疫优化算法的配置方法，实现多能互补、协同优化。首先，分析港口与公路运行能耗的构成和影响因素，采用基于主体建模的方法，针... 详细信息

针对公水联运清洁能源缺乏有效配置策略和经济性的问题，提出一种综合考虑成本和供给能力的基于内外双层免疫优化算法的配置方法，实现多能互补、协同优化。首先，分析港口与公路运行能耗的构成和影响因素，采用基于主体建模的方法，针对港口和公路不同的用能场景，利用模糊C均值聚类建立多场景需求运行策略。其次，构建包含风力发电、光伏发电、波浪能、潮汐能等多种形态清洁能源及多种储能设施（蓄电池、氢储能、抽水蓄能等）的港口与公路自洽能源系统结构。最后，在满足系统约束条件的前提下，以最小年化总成本和最大清洁能源出力为目标，将外层容量配置优化和内层运行成本优化相结合，对系统进行仿真试验求解。研究结果表明：混合多种形态清洁能源规划方案可使系统的清洁能源利用率达到99.71%,供电可靠性达到99.81%,证实了提出模型和方法有效性和准确性；引入抽水蓄能后，蓄电池配置降低了75.5%,储氢罐配置减少了29.3%,总成本下降了17.2%;潮汐发电机的应用显著减少了对风力发电的依赖，投资成本减少了29.7%;该配置方案到14年时总成本与常规市电供应成本达成平衡，20年可节省电能1.09×1010kW·h,减少碳排放4.83×10～6 t,对提升环境可持续性具有显著效益；提出的优化配置方法能够合理分配实现港口与公路源荷储容量配置，为未来绿色公水联运系统建设提供理论依据和技术支撑。

关键词：交通工程模糊C均值聚类公水联运自洽能源系统清洁能源免疫优化算法