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为电动汽车快速充电站增设Discover蓄电池-飞轮储能系统
本研讨讨论了装备电池-飞轮储能体系的电动汽车快速充电站的经济效率。储能体系可以辅助快速充电站满足充电需求，一起约束电网侧的功率峰值，然后下降峰值电力需求本钱。所研讨的快速充电站依据公共DC总线，所有电气设备均衔接至该总线上。乘用车的抵达时刻遵守正态分布，而重型车辆的抵达时刻遵守均匀分布，这导致了随机的充电特性曲线。经过……对快速充电站的规划进行了优化。混合整数线性规划，然后使其净现值最大化。成果标明，装备电池-飞轮的快速充电站所能完成的净现值比未装备储能的快速充电站高出多达12%。然而，因为添加了储能设备的出资本钱，未装备储能的快速充电站比装备储能的快速充电站具有更高的内部收益率和更短的折现回收期。
引言
虽然Electric Vehicle Fast Charging (EVFC)已成为普遍做法，但网络基础设施的需求以及运转期间的电力峰值仍继续带来挑战。一种一起下降网络基础设施需求和电力峰值的办法是在电动汽车（EVs）的Fast Charging Stations (FCSs)中集成Energy Storage (ES)。
用电顶峰通常与电费账单中的额定费用相关联。用电负荷曲线对最终价格的影响程度取决于电力公司的定价方针。例如，依据德国e-netz Suedhessen AG的2023年价目表，年度峰值功率需求费率接近96欧元/千瓦/年[1]。因为ES可以缓解功率峰值，带有ES的FCSs的经济效益明显取决于峰值功率需求费率。简而言之，ES可以经过约束馈线尺度和峰值功率需求来节省开支，但需求支付添加设备的价值。本研讨比较了带有ES的FCSs（ES-FCSs）与不带能量存储的FCSs（no-ES-FCSs）的经济功能。此外，本研讨还比较了包含电池储能（BS）、飞轮储能（FS）以及电池-飞轮储能（在本作业中称为组合储能，即CS）的ES-FCSs的经济功能。
在曩昔十年中，ES在FCSs中的集成引起了科学界的重视。几位作者发现了经过ES缓解功率峰值的机会，并提出了值得注意的成果。
Song等（2010）研讨了在FCSs中运用储能技能以削减充电时刻和峰值负荷[2]。该研讨更倾向于运用supercapacitors，因为它们的特性与EVFC的短时高强度负荷相匹配。
Bai等人（2010）标明，当FCS包含ES时，EVFC的并网转换器可以按平均功率而非峰值功率进行选型[3]。在随后的研讨中，Bai与Lukic（2013）提出了一种替代滤波器规划计划，经过注入虚拟电阻来抑制DC纹波和AC侧谐波[4]。
Bayram等人（2011）主张将ES集成到插电式混合动力EV的充电站中[5]。该研讨重点讨论了存储容量与服务质量之间的权衡，这种权衡经过客户堵塞概率来体现。成果标明，经过合理的ES尺度规划，可以明显提高收入流。
Dragisevic等（2014）以及Sun等（2016）研讨了装备FS的充电站的操控，该FS为EVFC供给所需的额定功率[6,7]。
Ding等人（2015）研讨了支撑电动公交车快速充电的ES体系的价值[8]。该ES寻求两个首要方针；一是保持FCS功率额定值较低，二是经过套利下降电动公交车的充电本钱。该研讨将Lithium-Titanium-Oxide（LTO）和Lithium-Iron-Phosphate（LFE）电池作为储能介质，并标明集成ES明显下降了FCS本钱。经济评价得到了敏感性剖析的支撑，在该剖析中改变了首要设备的本钱和运用寿数。
Deng等（2016）提出了一种由锂离子电池和超导磁储能组成的混合体系，用于缓解EVFC引起的功率峰值[9]。该研讨重点重视了混合体系的操控战略，特别是磁储能的操控战略，其被规划用于供给负载的瞬态部分。因为磁储能的循环寿数明显长于电池，因而让磁储能而非电池承当负载可以延长混合体系的运用寿数。
Capasso & Veneri (2016) 试验性地研讨了一个带有ES缓冲器的充电站，旨在下降对电网的电力需求[10]。Sbordone等(2015)评论了几种用于支撑EVFC的储能技能，并试验性地查询了一台装备逆变器操控锂聚合物电池的原型FCS[11]。
Negarestani等（2016）开发了一种用于EVFC的ES体系最优容量装备办法，旨在最小化年化储能与FCS动力本钱之和[12]。研讨标明，在存在时变电价的情况下，装备FS的FCS可以完成比无ES的FCS更低的年化本钱。
Torreglosa等人（2016）以及García-Triviño等人（2016）[13,14]讨论了由光伏（PV）面板、BS和FCS组成的直流微电网的能量办理战略。这两项研讨都提出了去中心化操控概念，在这种概念下，微电网中的每个参与者都可以独立运转，即无需外部操控输入。在此类操控概念中，微电网参与者运用DC总线电压作为反应变量来调节其输出。
Francfort等（2017）评价了用于走廊和社区充电的FCSs [15]。该研讨标明，BS和PV在集成到用于社区充电的大规划FCSs中具有巨大的潜力。
Islam等人（2018）开发了一种办法来评价PV和BS集成到FCS中的适用性[16]。该研讨提出了一种图形化办法，企业主可运用该办法在服务质量、本钱和土地可用性方面确定PV和BS的最佳规划。
Buchroithner等（2018）评论了在三种不同场景下运用FS作为EVFC缓冲器的运用：家庭EVFC、公共EVFC以及城市交通（电动巴士）[17]。在另一项研讨中，Buchroithner等（2021）具体阐述了用于FCS的FS材料挑选与经济化制造[18]。该研讨还列举了几个已施行的带有ES的FCS，例如位于加利福尼亚州山景城的Tesla超级充电站，装备200 kW和400 kWh的BS。Tu等（2019）也对同一项目进行了描绘[19]。
曩昔几年中，呈现了一项关于运用二代电池支撑EVFC的研讨门户。随着EV份额的不断添加，在车辆报废后开发这些电池的办法正变得日益重要。D'Arpino & Cancian (2019) 主张将二代电池整合到FCS中，以低本钱约束所需的网络基础设施[20]。该研讨评价了不同的电池容量挑选和FCS操控战略，一起重点重视BS的退化情况。此外，Kamath等(2020)和Leonori等(2021)也研讨了将二代锂离子电池整合到FCS中如何缓解电力峰值并削减对网络基础设施的需求[21,22]。在[22]中，与全新锂离子电池比较，二代电池下降了平准化动力本钱和全球变暖潜势。
Moradzadeh & Abdelaziz (2020) 开发了一种用于FCSs中可再生动力和ES最佳容量装备的算法[23]。此外，他们还开发了一个依据抵达FCS的车辆的随机充电需求模型。
Mahfouz & Iravani (2020) 为装备电池的FCS开发了一种操控结构，以促进其接入单薄的AC配电网[24]。该研讨指出，经过选用所主张的架构和操控计划，FCS动力学与电网动力学完成了解耦，这使得FCS可以有效应对充电曲线的不确定性和电网的单薄性。
Hussain等（2020）研讨了FCS中锂离子BS的最佳容量装备，旨在最小化年化运营本钱的一起兼顾耐性[25]。此外，作者开发了一个随机模型，以推导用于优化算法的EV充电需求的日分布以及相应的负荷曲线。Haupt等（2020）在考虑各种车辆充电战略的情况下，讨论了大容量充电纽带微电网中ES的容量装备问题[26]。该研讨查询了奥格斯堡邻近的一个充电纽带，成果标明，当储能本钱降至150 €/kWh以下且65%的EV一起充电时，固定式ES在经济上具有可行性。
Rafi & Bauman (2021) 讨论了将ES集成到DC FCSs中的动机，并权衡了电池、飞轮和氢作为储能介质的优缺点[27]。Liu等(2021)经过运用Erlang损耗体系来模仿充电事情，研讨了带有PV和ES的多端口充电站的最优容量装备[28]。Toosi等(2022)主张在办公楼的充电站中集成ES，以便为EV-batteries的循环完成最优运转战略[29]。Ali等(2022)提出了一种优化算法，以在考虑耐性与削峰之间的权衡时最小化FCS本钱[30]。
Bartolucci等（2023）从全球变暖潜力的视点讨论了电池辅助FCS的优化问题[31]。该研讨查询了全新电池和二次寿数电池，并得出结论：经过运用二次寿数电池，可以明显下降FCS全生命周期的累积CO₂排放量。
Feng等人（2023）提出了一种用于装备PV和BS的FCS优化规划算法。该算法考虑了周边FCS的竞争、EV用户行为、充电需求的不确定性以及PV预测。作者运用两个不同地址的真实交通数据验证了该算法。
在曩昔十年中，大量研讨集中于查询可以支撑EVFC的ES体系。此外，据报道已有越来越多的商业解决计划将FCS与ES相结合[18]。许多作业聚焦于ES-FCSs的操控[4,6,7,[9], [10], [11],13,14,22,24]。明显，重视ES-FCSs经济效率的研讨较少[8,12,15,23,25]，其间[8,15,25]仅查询了BSs，而[12]仅查询了FSs。迄今为止，只有[23]研讨了由电化学和机械储能组成的混合储能体系的最佳容量装备。虽然[9]提出了一种用于FCS的混合储能体系，但该作业侧重于运转战略而非经济评价。
光伏面板是FCSs的合理补充，这一点在几项研讨[14,16,28,31,32]中已有讨论。PV产生的电力取决于环境条件，而这些条件会因地区和季节而明显变化。为了使本研讨的成果不受季节和地区影响，然后尽可能保持其普适性，因而未考虑PV。
几项研讨推导出了FCSs负荷特性的随机模型以运用优化算法[23,[33], [34], [35], [36]]。虽然这些研讨依据车辆抵达时刻的概率分布，但它们忽略了抽样的影响。本研讨强调，对于给定的车辆抵达时刻分布，最佳的FCS尺度不只具有随机性，而且还取决于样本量。
为了提高成果的普适性，本作业在优化问题的表述中引入了几项创新，例如充电恳求剖面的样本、关于充电恳求承受的放宽条件、不同类型车辆的差异化充电特性以及受限的储能寿数。放宽充电恳求承受条件是一项在现在已总述的研讨作业中尚未完成的创新。在本作业中，对充电槽位的数量进行了优化，这意味着假如不会提升FCS的净现值，就不会装置额定的槽位。
这项作业在ES-FCSs研讨领域的首要奉献在于，查询了影响由锂离子电池和飞轮一起组成的ES-FCSs经济功能的参数。本研讨讨论了ES-FCSs的经济功能对充电需求曲线特征和能量容量本钱率等参数的敏感性。此外，该研讨还剖析了参数变化对CS-FCSs相对于单一储能技能替代计划经济功能的影响。与迄今为止选用年化本钱等单一功能指标的相关研讨比较，本研讨选用了内部收益率、折现回收期以及净现值。因而，出资风险等额定方面也得到了剖析。