朱繼忠，何晨可，劉云，董朝陽(yáng)

（1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州 510640；2.南洋理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，新加坡 639798）

0 引言

綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system，IES）充分發(fā)揮不同能源間的互補(bǔ)協(xié)同，對(duì)提升綜合能效和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要意義，是能源發(fā)展必然選擇，而電動(dòng)汽車（electric vehicle，EV）是未來(lái)IES的技術(shù)核心和主要用能終端之一［1-2］。數(shù)據(jù)表明，到2030 年，全球電動(dòng)汽車保有量將擴(kuò)大到近 3.5 億輛。同時(shí)，中國(guó)新能源汽車保有量達(dá)到891.5 萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車保有量724.5 萬(wàn)輛，占新能源汽車總量的81.27%，與去年同期相比增加64.4 萬(wàn)輛，呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)2025 年和2030 年換電EV 保有量將分別達(dá)到496 萬(wàn)輛和3 979 萬(wàn)輛，截至2020 年6 月，我國(guó)換電站保有量總計(jì)452 座，換電站需求將在2025年達(dá)到2.2萬(wàn)座。我國(guó)乃至全球高滲透率EV 負(fù)荷將成為未來(lái)能源交通融合系統(tǒng)的基本特征［3-7］。

隨著能源與電力領(lǐng)域供給側(cè)改革的推廣，以電力為主體并融合氣、熱和交通等多種能源形式的IES 將成為未來(lái)城市配網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)［8］。美國(guó)學(xué)者里夫金的著作《第三次工業(yè)革命》中能源互聯(lián)網(wǎng)的四大特征之一：支持交通系統(tǒng)電氣化，實(shí)現(xiàn)EV 廣泛接入，實(shí)現(xiàn)能源的公平交易和高效綜合利用［9-10］。而IES是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要物理載體［2，11］。所以，從未來(lái)的能源交通融合視角出發(fā)，EV 充換電設(shè)施與IES 的規(guī)劃和運(yùn)行的耦合關(guān)系將愈發(fā)密切，針對(duì)IES 為對(duì)象的充換電設(shè)施的優(yōu)化將成為具有前瞻性的研究方向。

近年來(lái)中國(guó)政府制定出臺(tái)了一系列旨在促進(jìn)能源、交通融合發(fā)展的戰(zhàn)略與政策［12］。“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展計(jì)劃、《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)綱要》都明確指出推進(jìn)交通與能源融合發(fā)展［13-15］，同時(shí)，國(guó)家能源交通融合發(fā)展研究院的成立，標(biāo)志著我國(guó)能源與交通產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展邁向落地［16］。近些年，《提升新能源汽車充電保障能力行動(dòng)計(jì)劃》、《推動(dòng)重點(diǎn)消費(fèi)品更新升級(jí)暢通資源循環(huán)利用實(shí)施方案（2019—2020年）》、《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車補(bǔ)貼政策的通知》和《電動(dòng)車換電安全要求》都支持換電模式發(fā)展，并開(kāi)始了一系列的應(yīng)用試點(diǎn)工作［3-4］。面向EV 高滲透率IES 的換電模式的發(fā)展是源網(wǎng)荷儲(chǔ)及新能源汽車一體化協(xié)同發(fā)展的深入體現(xiàn)，需進(jìn)一步深入研究。

目前，隨著EV 滲透率快速增長(zhǎng)，區(qū)域末端供能系統(tǒng)IES 多能耦合系統(tǒng)與為EV 提供能源服務(wù)的充換電設(shè)施（charging swapping facilities，CSF）之間的耦合愈發(fā)緊密，各環(huán)節(jié)之間并非孤立，任何環(huán)節(jié)的規(guī)劃運(yùn)行的合理性、準(zhǔn)確性都將深遠(yuǎn)影響到其他環(huán)節(jié)，逐步形成互為耦合、協(xié)同漸進(jìn)的融合系統(tǒng)［17-20］。而EV 滲透率不斷提高和時(shí)空不確定性為交通能源融合網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，尤其是能量和功率的時(shí)空不平衡問(wèn)題。而應(yīng)對(duì)高滲透率EV 的IES 的能量和功率的時(shí)空不平衡的問(wèn)題有多種技術(shù)方式，當(dāng)前我國(guó)IES 的應(yīng)對(duì)方法以配置大容量電化學(xué)儲(chǔ)能、聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)擴(kuò)展配置等為主。然而隨著IES 內(nèi)EV 滲透率不斷提高，傳統(tǒng)儲(chǔ)能、聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)等配置規(guī)模受到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的限制?？紤]到因EV 導(dǎo)致的IES 能量和功率不平衡程度加劇，面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)EV 可靠供能、IES 靈活運(yùn)行的主要形式。

而作為EV 重能量補(bǔ)充模式，換電網(wǎng)絡(luò)還存在亟待解決技術(shù)問(wèn)題主要有［21-25］：1）電池投資高，換電模式一般采用的電池租賃模式將會(huì)給能源供給企業(yè)帶來(lái)很大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。2）換電模式標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，不同廠商生產(chǎn)的電池和電動(dòng)汽車等標(biāo)準(zhǔn)不一，這將給換電網(wǎng)絡(luò)換電裝置、充電裝置提出更高的兼容性要求。3）換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資要求較高，其中集中型充電站用電用量較大，電池配送站需要密集布置以提高換電EV 的便捷性，電池物流系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行會(huì)帶來(lái)額外的成本。4）在換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，涉及到電池充電、電池調(diào)配、物流配送等諸多環(huán)節(jié)，而且各環(huán)節(jié)密切相關(guān)、相互牽制，涉及變量眾多，其優(yōu)化運(yùn)行極為復(fù)雜。

在上述換電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)技術(shù)難題問(wèn)題上，隨著EV 滲透率的不斷提高，加劇了換電網(wǎng)絡(luò)和多能源系統(tǒng)的交叉互聯(lián)和復(fù)雜耦合程度，這必然會(huì)增加系統(tǒng)配置、運(yùn)行和控制的復(fù)雜度，也對(duì)系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行提出了更高的要求。同時(shí)，換電網(wǎng)絡(luò)和多能系統(tǒng)都有很大的自主性，不確定性和突變性很大，各系統(tǒng)配置和運(yùn)行狀態(tài)會(huì)互相影響，從而影響整體系統(tǒng)的規(guī)劃合理性和運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性。具體而言，EV 電能補(bǔ)充的隨機(jī)性、無(wú)序性，會(huì)直接影響換電網(wǎng)絡(luò)中電池配送站的配置和運(yùn)行，并導(dǎo)致電池物流系統(tǒng)的配置規(guī)模和調(diào)度計(jì)劃的復(fù)雜程度驟增，進(jìn)而增加了集中型充電站的配置和運(yùn)行計(jì)劃的制定難度，可能會(huì)給多能源系統(tǒng)帶來(lái)供能可靠性和供能質(zhì)量的惡化、增加多能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制難度等多方面的負(fù)面影響。多能源系統(tǒng)本身具有復(fù)雜的耦合波動(dòng)性和不確定性也將反過(guò)來(lái)傳導(dǎo)至換電網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)的配置和運(yùn)行，影響換電網(wǎng)絡(luò)中EV 換電可靠性，并影響交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)車流量和擁堵程度。這些復(fù)雜的交叉漸進(jìn)耦合問(wèn)題是亟待解決的，也將會(huì)成為未來(lái)交通能源網(wǎng)絡(luò)的重要研究課題。

當(dāng)前EV 主要被視為具有時(shí)空不確定性的電力負(fù)荷，向EV 提供能量服務(wù)的CSF 在配置和運(yùn)行時(shí)一般只考慮與電網(wǎng)之間的協(xié)同［25-30］。隨著EV 規(guī)模的逐步擴(kuò)大，其時(shí)空特性對(duì)系統(tǒng)的影響將擴(kuò)大到具有多能互補(bǔ)、互聯(lián)互濟(jì)特點(diǎn)的多能流、多區(qū)域、多層級(jí)能源供應(yīng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)采用儲(chǔ)能、聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)擴(kuò)展配置已難以應(yīng)對(duì)含高滲透EV 的跨空間區(qū)域、跨能量層級(jí)IES 多能流的時(shí)空功率和能量不平衡問(wèn)題。為了適應(yīng)IES 中EV 滲透率快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，通過(guò)換電網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮EV 換電電池和電池物流系統(tǒng)構(gòu)成的時(shí)空靈活儲(chǔ)能的特點(diǎn)，發(fā)揮換電網(wǎng)絡(luò)和IES 相互配合、協(xié)同優(yōu)化的優(yōu)越性，提高IES 和換電網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)效益，實(shí)現(xiàn)協(xié)同規(guī)劃和互補(bǔ)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)跨空間區(qū)域以及跨能量層級(jí)的IES 能量互聯(lián)互濟(jì)，最終實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)配置。本文將這類換電技術(shù)定義為面向IES 的換電模式，且隨著IES 中EV 并網(wǎng)比例的提高，作為IES 源網(wǎng)荷儲(chǔ)和EV 一體化協(xié)同發(fā)展的重要方式，面向IES 的換電技術(shù)的發(fā)展將受到廣泛關(guān)注和深入研究。

目前，對(duì)于“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)的綜述研究，常常只著眼于對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)本身及其與電網(wǎng)耦合的論述，缺乏從能源互聯(lián)網(wǎng)或者IES 多能互補(bǔ)角度出發(fā)，基于換電網(wǎng)絡(luò)和多能源系統(tǒng)交叉耦合，對(duì)兩者協(xié)同規(guī)劃和互補(bǔ)運(yùn)行方面進(jìn)行綜述。文獻(xiàn)［21-22］對(duì)電動(dòng)汽車換電模式的基本框架、運(yùn)營(yíng)模式、規(guī)劃配置以及管理系統(tǒng)等基本框架進(jìn)行了介紹，并指出了換電模式存在的問(wèn)題以及今后的展望。文獻(xiàn)［23］主要從目標(biāo)函數(shù)和算法兩方面對(duì)目前國(guó)內(nèi)外充換電設(shè)施規(guī)劃研究模型進(jìn)行總結(jié)分析。文獻(xiàn)［24］從發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)角度出發(fā)，對(duì)目前換電模式技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述。文獻(xiàn)［25］從充電計(jì)劃、服務(wù)政策、建設(shè)和規(guī)劃、調(diào)度以及電力管理等不同角度對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了綜述研究。上述研究考慮了換電網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)之間的耦合，而未考慮能源互聯(lián)網(wǎng)或者IES 環(huán)境下，未考慮換電網(wǎng)絡(luò)作為能源交通網(wǎng)絡(luò)的重要的可控供用能終端，未考慮在EV 滲透率達(dá)到一定水平之后，換電網(wǎng)絡(luò)將成為一種新型的帶有交通能源物流運(yùn)輸特性和時(shí)空能量調(diào)控靈活性的跨區(qū)域IES（或跨層級(jí)IES）的能量交互耦合單元，無(wú)法滿足當(dāng)前多能互聯(lián)系統(tǒng)的精準(zhǔn)規(guī)劃和高效運(yùn)行的要 求［9-12，31-32］。而對(duì)于真正具體實(shí)現(xiàn)交通和能源網(wǎng)絡(luò)融合的具有時(shí)空源荷特性的新型能量耦合節(jié)點(diǎn)——面向IES 的“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)，其不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度等對(duì)于真正實(shí)現(xiàn)交通能源融合系統(tǒng)至關(guān)重要，目前缺乏對(duì)之詳細(xì)的研究分析。

在能源交通融合系統(tǒng)方面的綜述研究中，文獻(xiàn)［33］在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，綜述了如電、熱、冷、氣等多能源系統(tǒng)和交通等不同行業(yè)間的跨界融合機(jī)制。文獻(xiàn)［9］對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)中電、氣、熱和交通系統(tǒng)等多能源系統(tǒng)的交叉互聯(lián)和復(fù)雜耦合帶來(lái)的系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了闡述。文獻(xiàn)［10］對(duì)涵蓋交通網(wǎng)絡(luò)的能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃方面進(jìn)行了分析、探討。文獻(xiàn)［34］提出并詳細(xì)闡述了完整一次能源系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、交通網(wǎng)絡(luò)及信息網(wǎng)絡(luò)組成的新的能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及相應(yīng)的新型結(jié)構(gòu)形態(tài)。文獻(xiàn)［35］以能源互聯(lián)網(wǎng)為體系架構(gòu)，對(duì)能源網(wǎng)絡(luò)和電氣化交通網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃等方面進(jìn)行了重點(diǎn)分析綜述。文獻(xiàn)［36］對(duì)電網(wǎng)與交通網(wǎng)耦合的設(shè)施規(guī)劃與運(yùn)行優(yōu)化方面進(jìn)行了綜述和展望。文獻(xiàn)［37］研究綜述了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下研究能源-信息-交通-社會(huì)耦合網(wǎng)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而提出了能源自組織概念。文獻(xiàn)［38］討論了在能源技術(shù)、交通電氣化技術(shù)和信息技術(shù)支撐下，多能流耦合、多系統(tǒng)融合、多區(qū)域聯(lián)合的互聯(lián)形態(tài)和多環(huán)節(jié)、多主體、多時(shí)間尺度的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)互動(dòng)機(jī)制。文獻(xiàn)［39］著眼于能源系統(tǒng)的碳中和背景，梳理了面向能源供給側(cè)和包括工業(yè)、交通、建筑的消費(fèi)側(cè)的碳減排技術(shù)。文獻(xiàn)［40］在EV 集群優(yōu)化調(diào)控參與配電網(wǎng)需求響應(yīng)的前提下，系統(tǒng)評(píng)述了智慧城市車-站-網(wǎng)一體化運(yùn)行現(xiàn)狀及進(jìn)展。文獻(xiàn)［12］結(jié)合交通系統(tǒng)、能源系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，提出包含區(qū)域、城鎮(zhèn)/地區(qū)、終端三層的能源交通一體化系統(tǒng)的發(fā)展架構(gòu)。文獻(xiàn)［31］提出一種涵蓋EV 的基于能源集線器概念和多能互補(bǔ)思想的IES 研究思路，為能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的能源發(fā)展提供一些建議。文獻(xiàn)［32］針對(duì)EV 廣泛接入的能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行深入分析，提出其技術(shù)內(nèi)涵、特征、要素和形態(tài)以及關(guān)鍵技術(shù)。上述能源交通融合系統(tǒng)的綜述研究具有不同角度和側(cè)重點(diǎn)，但更多的停留在宏觀的交通系統(tǒng)和能源系統(tǒng)的融合，或微觀EV 個(gè)體與能源系統(tǒng)融合的綜述展望，并未聚焦于EV 某一類具體運(yùn)行模式及其與能源系統(tǒng)的互動(dòng)的研究方向進(jìn)行評(píng)述。

本文針對(duì)高滲透率EV 的IES 的換電技術(shù)，總結(jié)了當(dāng)前面向IES 的換電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；在此基礎(chǔ)上，歸納出面向IES 的換電技術(shù)性能與關(guān)鍵特征；從面向高EV 滲透率的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的建模、具備的技術(shù)性能、關(guān)鍵特征、協(xié)同耦合框架等方面綜述了IES 的換電網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀；分析面向高EV 滲透率的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與挑戰(zhàn)，展望了未來(lái)面向高EV 滲透率的IES 的換電模式的研究方向，從而為未來(lái)研究提供參考。

1 能源交通融合系統(tǒng)

隨著EV 的發(fā)展，交通、電、氣系統(tǒng)等能源網(wǎng)絡(luò)的耦合增強(qiáng)，面向日漸融合的能源交通網(wǎng)，統(tǒng)籌交通和能源系統(tǒng)，能夠顯著降低IES 成本、提高運(yùn)行效率［41］。能源互聯(lián)網(wǎng)由智能電、氣、熱、電氣化交通網(wǎng)緊密耦合構(gòu)成，EV 充放電設(shè)施及車主駕駛、充電行為對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響［35］。EV 快速發(fā)展，將充電設(shè)施構(gòu)建于IES 內(nèi)將提高能源利用率，促進(jìn)能源靈活性的優(yōu)勢(shì)［11］。

1.1 IES與EV耦合

IES 為EV 提供能量服務(wù)有巨大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開(kāi)展考慮EV 的IES 優(yōu)化，具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值和重要前瞻意義［42］。EV 對(duì)IES 的可靠性、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及可再生能源接入都有著重要影響，EV 可以為IES 提供調(diào)頻和備用等輔助服務(wù)，推動(dòng)可再生能源的廣泛利用［2］。EV 會(huì)對(duì)IES配置和經(jīng)濟(jì)性造成明顯影響［43］。隨著IES 與EV 的深度融合，EV 時(shí)空分布將對(duì)IES 運(yùn)行產(chǎn)生明顯影響，且大量EV 同時(shí)接入會(huì)導(dǎo)致IES 供電壓力激增、電能質(zhì)量惡化，加劇IES 供能的壓力，進(jìn)而影響IES 穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，引導(dǎo)EV 負(fù)荷有序接入可平抑IES 功率波動(dòng)，提升園區(qū)的供電可靠性，對(duì)EV 的合理調(diào)度可提高IES的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性［44］。EV 規(guī)模化接入有可能危害IES 的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［45］。IES 的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行將受到EV 的影響，因此EV 與IES 深度融合的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將成為研究熱點(diǎn)［46］。靈活可調(diào)資源EV 是IES中不可或缺的一部分［47］。IES 可轉(zhuǎn)移負(fù)荷包括EV，EV無(wú)序并網(wǎng)不利于IES的優(yōu)化［48］。

1.1.1 IES中EV的多重儲(chǔ)能特性和柔性負(fù)荷特性

IES 利用蓄電池等實(shí)體儲(chǔ)能之外的現(xiàn)存設(shè)備或調(diào)度策略平衡系統(tǒng)能量的思想稱為虛擬儲(chǔ)能，EV屬于可時(shí)空轉(zhuǎn)移能量的虛擬儲(chǔ)能［49］。EV 可將車載電池電能直接轉(zhuǎn)化為行駛的機(jī)械能以及少量的熱能（車載電加熱）和冷能（車載空調(diào)），屬于廣義儲(chǔ)能［50］。EV 屬于典型的電儲(chǔ)能［51］。同時(shí)，將不同能量類型或不同儲(chǔ)能原理的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行一體化構(gòu)成的混合儲(chǔ)能［52］，如混動(dòng)EV 中燃油化石能源轉(zhuǎn)化成電能，故EV 也可進(jìn)一步歸類為混合儲(chǔ)能。EV 作為一種具有時(shí)空靈活性的移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備，同時(shí)具備的電儲(chǔ)能、虛擬儲(chǔ)能、廣義儲(chǔ)能、混合儲(chǔ)能等多重儲(chǔ)能特性導(dǎo)致其具備靈活的多重柔性負(fù)荷特性，在IES 多能協(xié)同配置和互補(bǔ)運(yùn)行中發(fā)揮著極為重要的作用。

IES 可削減負(fù)荷是指用戶根據(jù)價(jià)格信號(hào)和自身需求可部分中斷或者增加的負(fù)荷［53］。EV 是典型的IES 可削減負(fù)荷，EV 用戶目標(biāo)荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）Sde和EV 用戶電能補(bǔ)充結(jié)束時(shí)的荷電狀態(tài)SEV滿足：若EV 完成電能補(bǔ)充時(shí)SEV＜Sde，則表示EV 負(fù)荷被部分中斷；若EV 完成電能補(bǔ)充時(shí)Sde≤SEV，則表示EV負(fù)荷被部分增加。

IES 可轉(zhuǎn)移負(fù)荷是指在一定優(yōu)化時(shí)間范圍內(nèi)，總用能量近似不變，但可進(jìn)行時(shí)間上的平移和調(diào)節(jié)的負(fù)荷，EV 是常見(jiàn)的IES 可轉(zhuǎn)移負(fù)荷［54］，其能量補(bǔ)充過(guò)程滿足式（1）。

IES 可替代負(fù)荷指可以通過(guò)改變用能種類參與需求響應(yīng)的負(fù)荷［53］。在IES 多能耦合運(yùn)行環(huán)境下，EV 可以通過(guò)對(duì)比不同類型的用能價(jià)格，選擇不同類型的能源供應(yīng)商，所以EV 屬于IES 可替代負(fù)荷。IES 中EV 的多重儲(chǔ)能特性和柔性負(fù)荷特性如圖1所示。

圖1 IES中EVs的多重儲(chǔ)能特性和多重柔性負(fù)荷特性Fig.1 Multiple energy storage and multiple flexible load characteristics of EVs in IES

1.2 面向IES的EV充、放電技術(shù)

1.2.1 面向IES的V2G和B2G技術(shù)

基于充電技術(shù)提出的EV 入網(wǎng)技術(shù)（vehicle-togrid，V2G）［55］：即與電網(wǎng)相連接的EV 作為一種分布式負(fù)荷和電源，可以向電網(wǎng)釋放存儲(chǔ)在其動(dòng)力電池內(nèi)的電能，從而為優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行和安全提供積極支持。在V2G 模式下，EV 具備源、荷雙重屬性，可增強(qiáng)可再生能源消納并增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，因此在IES 日益發(fā)展的時(shí)代，V2G 技術(shù)必將得到更深入研究。在IES 中，結(jié)合V2G 的儲(chǔ)能作用，不僅可彌補(bǔ)P2G 轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，可進(jìn)一步挖掘電力負(fù)荷及天然氣負(fù)荷的彈性潛力［56］。換電模式可實(shí)現(xiàn)EV與動(dòng)力電池之間進(jìn)行解耦，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池直接向系統(tǒng)輸送電能［57-58］。B2G（battery to grid）是在換電模式下，由V2G 擴(kuò)展出的一種EV 充放電模式［59-60］，B2G 實(shí)現(xiàn)了EV 能量服務(wù)與電池充放電操作的地點(diǎn)解耦和時(shí)間解耦。圖2 為面向IES 的B2G技術(shù)。

圖2 面向IES的B2G技術(shù)Fig.2 B2G technology for IES

1.3 IES與交通系統(tǒng)耦合

交通系統(tǒng)一直是實(shí)現(xiàn)能源跨區(qū)域大規(guī)模運(yùn)輸?shù)闹饕緩街?，深刻影響著我?guó)能源生產(chǎn)布局，進(jìn)一步加強(qiáng)了交通系統(tǒng)與能源系統(tǒng)之間的聯(lián)系，成為影響能源系統(tǒng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素［12］。IES涵蓋電、氣、暖、冷、氫和電氣化交通等能源系統(tǒng)［61］。未來(lái)多能源網(wǎng)絡(luò)將深度耦合，傳統(tǒng)電網(wǎng)已不能滿足IES 協(xié)同優(yōu)化要求，EV 給IES 運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，能源互聯(lián)網(wǎng)是融合電、氣、交通等的復(fù)雜系統(tǒng)，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)和EV 的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)和EV 的協(xié)同調(diào)度是能源互聯(lián)網(wǎng)下“源-網(wǎng)-荷”協(xié)同優(yōu)化中必須面對(duì)的問(wèn)題［62］。

IES 與交通系統(tǒng)將通過(guò)大規(guī)模的EV 緊密耦合，聯(lián)合區(qū)域內(nèi)EV 等可調(diào)負(fù)荷，并增加IES 能源互聯(lián)系統(tǒng)的靈活性與互動(dòng)性，提高能源利用效率。將CSF 構(gòu)建于IES 內(nèi)將具有綜合能效高，能源靈活性高等優(yōu)勢(shì)［11］。EV 為代表的各類靈活可調(diào)資源也被稱為“主動(dòng)IES 規(guī)劃技術(shù)”：在靈活可調(diào)資源與能源互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃方面，EV 作為靈活可調(diào)資源與能源網(wǎng)絡(luò)間可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制、互動(dòng)響應(yīng)，既影響系統(tǒng)潮流，又可以削峰填谷，促進(jìn)可再生能源消納［33，61］。IES 與交通系統(tǒng)主要通過(guò)EV 和CSF 實(shí)現(xiàn)互為耦合，IES與交通系統(tǒng)耦合如圖3所示。

圖3 IES與交通系統(tǒng)耦合Fig.3 Coupling of IES and transportation system

由圖3 可知，EV 在能源交通系統(tǒng)融合和大規(guī)模區(qū)域IES 互聯(lián)中承擔(dān)著“主動(dòng)式負(fù)荷”的作用：1）EV 駕駛行為以及車流量等影響EV 時(shí)空分布，影響EV 充換電時(shí)間、位置，進(jìn)而影響CSF 負(fù)荷，并通過(guò)耦合設(shè)備影響IES 系統(tǒng)狀態(tài)；2）不同區(qū)域IES 的不同能源發(fā)電成本、安全約束等不同，導(dǎo)致不同區(qū)域IES 中CSF 用能價(jià)格不同，從而影響EV 對(duì)CSF的選擇以及各CSF 中EV 的排隊(duì)情況，從而影響交通系統(tǒng)，造成車流量等的變化。綜上，IES 和交通系統(tǒng)之間通過(guò)EV和CSF構(gòu)成密切耦合。

目前大多數(shù)研究主要關(guān)注交通系統(tǒng)能源消費(fèi)特性，忽視了交通系統(tǒng)基本屬性“運(yùn)輸功能”對(duì)各類能源布局、生產(chǎn)、傳輸?shù)挠绊憽?shí)際上，交通系統(tǒng)運(yùn)輸能源的多少與方式不僅取決于相應(yīng)能源系統(tǒng)需求，同時(shí)也受限于交通系統(tǒng)自身運(yùn)輸能力。按照傳統(tǒng)研究思路將交通系統(tǒng)等效為負(fù)荷或源的思路可能無(wú)法準(zhǔn)確反映上述互動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而阻礙兩者協(xié)同發(fā)展。構(gòu)建IES 與交通系統(tǒng)協(xié)同的過(guò)程要以充分認(rèn)知交通系統(tǒng)屬性為前提。IES 與交通系統(tǒng)融合系統(tǒng)的基本屬性為運(yùn)輸，能源消費(fèi)是附加在基本屬性之上的重要屬性［12］。電池物流系統(tǒng)是“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)能源跨區(qū)域大規(guī)模運(yùn)輸，更加凸顯了交通網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)輸這一基本特性。

2 面向IES 的“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式

“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式不僅具備交通能源消費(fèi)屬性，因其具有獨(dú)特的電池配送（物流）系統(tǒng)，所以具有更強(qiáng)的交通能量運(yùn)輸屬性?！凹谐潆?、統(tǒng)一配送”換電模式采用的集中通信和控制的成本低，控制算法復(fù)雜性低，一體化綜合調(diào)度由IES 統(tǒng)一調(diào)度大型集中型充電站的充放電和電池物流配送，可實(shí)現(xiàn)EV有序充放電管理，克服EV難以計(jì)劃和控制，緩解EV 對(duì)造成的潮流、諧波等不確定性的沖擊和影響。所以在面向EV 高滲透率IES多能流、多區(qū)域、多層級(jí)等復(fù)雜能源交通融合系統(tǒng)的規(guī)劃配置和互補(bǔ)運(yùn)行場(chǎng)景時(shí)，“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式將發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，必定成為能源交通融合系統(tǒng)中的主流CSF。

集中型充電站實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的大規(guī)模集中充電，而配送站則不具備充電功能，只作為用戶更換電池的場(chǎng)所。電池在集中充電站與配送站之間通過(guò)物流系統(tǒng)進(jìn)行配送。集中型充電站具有源荷雙重角色，可集中控制、統(tǒng)一管理電池充電功率，有利于制定電網(wǎng)友好的充電方案，可避免大規(guī)模EV 隨機(jī)充電帶來(lái)的不利影響，可避免綠色能源損失，減少可再生能源發(fā)電成本［63-65］。

2.1 面向IES的換電模式研究進(jìn)展

換電模式一般有充換電模式和“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式兩種具體形式。其中，充換電模式同時(shí)具備EV 換電和電池充電功能，這種充換電模式無(wú)電池物流配送系統(tǒng)，站內(nèi)充滿電的電池可以立即就地為EV 提供換電服務(wù)，目前已經(jīng)有較多學(xué)者在充換電模式方面進(jìn)行了研究。有學(xué)者考慮了充換電站作為電力市場(chǎng)的參與者，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化［66］。也有研究實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)貨電價(jià)下的充換電站最優(yōu)充電策略的制定［67］。同時(shí)也有學(xué)者對(duì)移動(dòng)式充換電模式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)［68］。在充換電站優(yōu)化規(guī)劃方面，也有學(xué)者進(jìn)行了探索［69］。也有研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)充換電站的優(yōu)化運(yùn)行以滿足特定的換電需求，如出租車、公共汽車等［70-71］。并且也有學(xué)者構(gòu)建了可以解決不同型號(hào)、規(guī)格的換電電池的服務(wù)架構(gòu)［72］。上述充換電模式研究為換電模式的發(fā)展提供了較好理論支撐。在充換電模式具有的各類優(yōu)點(diǎn)上，“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式還具備特有的電池物流系統(tǒng)，其具備的遠(yuǎn)距離電池能量運(yùn)輸能力，可以更好的輔助多能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨層級(jí)IES 的能量靈活互動(dòng)，所以本文主要著眼于“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式，充分研究其與IES 之間的靈活互動(dòng)。

2.1.1 國(guó)外“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

國(guó)外對(duì)“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式研究起步相對(duì)較早、發(fā)展較快，為換電模式的發(fā)展提供了重要發(fā)展方向。“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)模型的物理主體模型主要包含：集中型充電站模型、電池配送站模型和電池配送系統(tǒng)模型［73-74］。文獻(xiàn)［63-64］以換電EV負(fù)荷預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，建立集中型充電站模型和電池物流系統(tǒng)模型，以年綜合成本為目標(biāo)構(gòu)建集中型充電站規(guī)劃模型。文獻(xiàn)［75］在“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式下，提出一種考慮多類型EV 規(guī)模演化的換電站優(yōu)化選址的優(yōu)化算法。文獻(xiàn)［76］提出一種基于閉環(huán)供應(yīng)鏈的電池交換和充電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的層次博弈方法。文獻(xiàn)［77］提出一種“集中充電、統(tǒng)一配送”換電服務(wù)的需求側(cè)管理優(yōu)化方法。文獻(xiàn)［78］建立了“集中充電、統(tǒng)一配送”換電系統(tǒng)的分布式運(yùn)行管理模型。文獻(xiàn)［79］提出了一種用于管理環(huán)境空氣質(zhì)量和人類健康狀況的發(fā)電調(diào)度中的“集中充電、統(tǒng)一配送”換電系統(tǒng)。文獻(xiàn)［80］構(gòu)建了連續(xù)時(shí)域中的混合交換電池充電和物流調(diào)度模型。文獻(xiàn)［81］建立了基于風(fēng)電場(chǎng)的換充系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)［82］提出一種光伏集中式電池交換充電系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行方法。文獻(xiàn)［83］構(gòu)建了電氣化公共交通系統(tǒng)多區(qū)域電池交換充電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)管理模式。

2.1.2 國(guó)內(nèi)“集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)在近些年也已經(jīng)開(kāi)啟了對(duì)“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)的研究。大部分研究將“集中充電、統(tǒng)一配送”的規(guī)劃中占地、電力線路傳輸容量、運(yùn)行中儲(chǔ)能的充放電功率、網(wǎng)損等運(yùn)行參數(shù)等通過(guò)成本換算［65，84-91］，最終加入綜合性的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。部分文獻(xiàn)構(gòu)建了“集中充電、統(tǒng)一配送”模式下的集中型充電站多層優(yōu)化模型［88-89，91］，將不同量綱（機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻、恢復(fù)路徑［88］）、不同階段（規(guī)劃階段、運(yùn)行階段［65，85-86］）、代表不同利益主體（獨(dú)立開(kāi)發(fā)商、配電公司［89］）的優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)成多層遞階結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［65］考慮設(shè)備購(gòu)置和運(yùn)行購(gòu)電費(fèi)用，優(yōu)化集中型充電站的規(guī)劃經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)［84］以換電服務(wù)的排隊(duì)模型為基礎(chǔ)，建立以充換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用最小為目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)［85］建立以電池組缺額最小為目標(biāo)的換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型，將多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)變成單目標(biāo)優(yōu)化，并采用遺傳算法求解。文獻(xiàn)［86］采用物流學(xué)定量配送模式，根據(jù)EV 統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算集中型充電站近遠(yuǎn)期儲(chǔ)能容量。文獻(xiàn)［87］以建立換電網(wǎng)絡(luò)全壽命周期成本規(guī)劃模型，結(jié)合泰森多邊形和量子差分算法求解模型。文獻(xiàn)［88］構(gòu)建了集中型充電站作為黑啟動(dòng)電源的網(wǎng)架重構(gòu)雙層優(yōu)化模型，采用改進(jìn)粒子群算法求解。文獻(xiàn)［89］建立考慮不同主體利益集中型充電站規(guī)劃模型，結(jié)合改進(jìn)遺傳算法和改進(jìn)粒子群算法求解模型。文獻(xiàn)［90］建立集中充電站規(guī)模模型，采用細(xì)菌群體趨藥性算法求解。

2.1.3 “集中充電、統(tǒng)一配送”換電模式與IES 的互動(dòng)研究進(jìn)展

在EV 高滲透率IES 環(huán)境下，多能源網(wǎng)絡(luò)與交通網(wǎng)絡(luò)耦合密切，系統(tǒng)EV 等綜合需求響應(yīng)等不確定性更強(qiáng)，在優(yōu)化的利益主體更加繁多，各主體之間的利益博弈更加復(fù)雜，如果涉及歸屬不同區(qū)域的集中型充電站通過(guò)電池配送物流構(gòu)成跨區(qū)域IES 的能量交互，進(jìn)一步提升了優(yōu)化建模的難度。目前，已經(jīng)有少量學(xué)者逐步開(kāi)始展開(kāi)面向IES“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化建模研究。文獻(xiàn)［92］考慮交通流量及路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建立EV 充電需求模型，進(jìn)而針對(duì)天然氣管網(wǎng)壓力能利用能效低問(wèn)題，提出計(jì)及天然氣管網(wǎng)壓力能消納的“集中充電，統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃方法。文獻(xiàn)［93］針對(duì)城市天然氣管網(wǎng)壓力能利用率低的問(wèn)題，建立配送車非線性能耗模型，建立以運(yùn)輸和時(shí)間成本最低為目標(biāo)的“集中充電，統(tǒng)一配送”模式優(yōu)化調(diào)度模型，采用Gurobi求解模型，實(shí)現(xiàn)了天然氣壓力能回收利用與換電池調(diào)度的有機(jī)結(jié)合。

2.2 換電EV負(fù)荷預(yù)測(cè)基本模型

換電EV 負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)為“集中充電、統(tǒng)一配送”的充換電網(wǎng)絡(luò)的合理配置規(guī)劃提供基礎(chǔ)和依據(jù)，是充換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)行研究的必要前提，具有十分重要的意義。

實(shí)際上，換電EV 負(fù)荷受多個(gè)因素影響，包括用戶行駛習(xí)慣、電池特性、充換電設(shè)施特性類型（比如固定式配送站、半移動(dòng)式廂式換電站、移動(dòng)式電池配送貨車等）、規(guī)劃區(qū)、人口密度、道路交通、區(qū)域類型等因素密切相關(guān)［73-74，94］。也受到諸如預(yù)測(cè)目標(biāo)（私家、出租、公務(wù)、公交等EV）［73-74，94］、目的（規(guī)劃、運(yùn)行優(yōu)化等）［88，91］、方法（模型驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，細(xì)分方法：出行鏈方法、道路車流量方法、排隊(duì)論方法、深度學(xué)習(xí)方法等）［73-74，95-97］、結(jié)果（負(fù)荷曲線、負(fù)荷空間分布、節(jié)點(diǎn)用能負(fù)荷等）［98-99］、環(huán)境（城市規(guī)劃區(qū)、高速公路、城鄉(xiāng)公路等）的影響。

2.3 面向IES的換電網(wǎng)絡(luò)基本模型

2.3.1 換電網(wǎng)絡(luò)和IES的基本模型

面向IES 的“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化主要目的是得到滿足EV 負(fù)荷的換電網(wǎng)絡(luò)布局及配置容量，并獲得合理的IES 多能供能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼叭萘?、供?chǔ)能設(shè)備的配置容量，同時(shí)得到準(zhǔn)確的運(yùn)行方案。

通過(guò)規(guī)劃配置構(gòu)建系統(tǒng)正常運(yùn)行的物理載體，并通過(guò)模擬運(yùn)行優(yōu)化反饋校驗(yàn)配置的合理程度。考慮面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和運(yùn)行的耦合后，相對(duì)于獨(dú)立規(guī)劃及運(yùn)行時(shí)需考慮兩者的相互耦合因素，也引入諸多新的規(guī)劃配置因素、不確定因素和運(yùn)行調(diào)控因素，IES 和換電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型（charging swapping network，CSN）滿足式（2）。

式中：k為模型類型，CSN 模型或IES 模型；Fk(αk，βk)為IES 或換電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，一般分為成本型、效益型優(yōu)化目標(biāo)（如總運(yùn)行成本、利潤(rùn)等）、技術(shù)型優(yōu)化目標(biāo)（如損耗等）；αCSN和βCSN分別為換電網(wǎng)絡(luò)配置（如充電機(jī)臺(tái)數(shù)等）和運(yùn)行（如電池配送車發(fā)車次數(shù)等）決策變量；αIES和βIES分別為IES 規(guī)劃（如氣網(wǎng)管線容量等）和運(yùn)行（如熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)溫度等）決策變量；fCSN(αCSN，βCSN)≤0 和fIES(αIES，βIES)≤0分別為換電網(wǎng)絡(luò)不等式約束（如站內(nèi)高電量電池?cái)?shù)量滿足EV 換電負(fù)荷）和IES 不等式約束（如電網(wǎng)電壓不越限）；gCSN(αCSN，βCSN)=0 和gIES(αIES，βIES)=0 分別為換電網(wǎng)絡(luò)等式約束（如儲(chǔ)能電量變化）和IES等式約束（如功率平衡約束）。

其中，通用模型包含儲(chǔ)能運(yùn)行模型、充換電設(shè)備運(yùn)行配置模型、電池配送系統(tǒng)運(yùn)行模型、IES 供能設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行配置模型等。

1）儲(chǔ)能運(yùn)行模型［89］

式中：S(t)、Smax和Smin分別為儲(chǔ)能t時(shí)段的SOC 及其上下限；Pc(t)、Pd(t)、Pmax和Pmin分別為儲(chǔ)能t時(shí)段的充放電功率及其上下限；T和ΔT分別為日時(shí)段數(shù)和單位時(shí)段。

2）充換電設(shè)備運(yùn)行配置模型［100］

式中：NCSN為充換電設(shè)備配置數(shù)量；為t時(shí)段電池配送系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)碾姵財(cái)?shù)量。

3）電池配送系統(tǒng)運(yùn)行模型［63-64］

4）IES供能設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行配置模型

IES 中供能設(shè)施種類繁多［1］，基本運(yùn)行配置模型主要考慮其轉(zhuǎn)化效率以及容量配置，滿足式（7）。而供能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模型主要考慮如電、氣、熱、冷等各類能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的潮流方程［101-104］，此外，通過(guò)潮流優(yōu)化實(shí)現(xiàn)各類管網(wǎng)的容量配置，滿足式（8），同時(shí)還需滿足諸如配電網(wǎng)輻射狀運(yùn)行約束等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束［105］。

2.3.2 面向EV高滲透率IES的換電網(wǎng)絡(luò)基本模型

在EV 高滲透率IES 環(huán)境下，引入了諸如EV、IES 綜合需求響應(yīng)等多維不確定性，在IES 多能源網(wǎng)絡(luò)與換電網(wǎng)絡(luò)之間在規(guī)劃配置和運(yùn)行優(yōu)化構(gòu)成了密切耦合，從而增加系統(tǒng)耦合性優(yōu)化決策變量的數(shù)量。在上述IES 和CSF 優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向IES的CSF規(guī)劃的一般模型，滿足式（9）。

式中：FCO、fCO和gCO分別為系統(tǒng)協(xié)調(diào)性優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、不等式和等式約束，包含了換電網(wǎng)絡(luò)和IES 的相關(guān)建設(shè)和運(yùn)行目標(biāo)及約束條件；αCO和βCO分別為協(xié)調(diào)性規(guī)劃配置（如考慮天然氣管網(wǎng)壓力能消納的集中型充電站換電電池配置數(shù)量等［92-93］）和運(yùn)行（如計(jì)及天然氣管網(wǎng)壓力能消納的電池配送車輛發(fā)車布爾變量等［92-93］）的決策變量。

2.4 面向跨區(qū)跨層IES的換電網(wǎng)絡(luò)基本調(diào)度場(chǎng)景

集中型充電站大量電池可以實(shí)現(xiàn)B2G：EV 與電池的解耦使得換電網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)劃和調(diào)度靈活性。由“集中充電、統(tǒng)一配送”模式的特點(diǎn)和運(yùn)行模式可知，該模式的B2G 模式為實(shí)現(xiàn)集中型充電站對(duì)跨區(qū)域和跨層級(jí)IES 的能量支撐提供技術(shù)可行性，同時(shí)，物流配送系統(tǒng)也為該模式輔助跨區(qū)域和跨層級(jí)IES 的能量互聯(lián)互濟(jì)提供更好的靈活性。圖4 為面向IES 的集中充電、統(tǒng)一配送換電技術(shù)。

圖4 面向IES的集中充電、統(tǒng)一配送換電技術(shù)Fig.4 Centralized charging and unified distribution swapping technology for IES

圖5 為面向IES 的集中充電、統(tǒng)一配送換電運(yùn)行調(diào)度場(chǎng)景。當(dāng)不同區(qū)域IES 均具有較好的運(yùn)行裕度時(shí)，電池配送一般采用便捷性或經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)方案。當(dāng)某個(gè)區(qū)域IES 出現(xiàn)運(yùn)行裕度不足或者冗余，通過(guò)電池配送系統(tǒng)的跨空間區(qū)域（或跨能量層級(jí)）的電池配送優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域IES 之間（或跨層級(jí)IES之間）的能量互聯(lián)互濟(jì)。

圖5 運(yùn)行調(diào)度場(chǎng)景Fig.5 Operation scheduling scenarios

具體而言，通常不同區(qū)域IES 之間可通過(guò)電、氣聯(lián)絡(luò)管線實(shí)現(xiàn)良好的能量交互。而當(dāng)某一個(gè)（或若干個(gè)）區(qū)域IES 出現(xiàn)能源緊缺或冗余，且跨區(qū)域IES 聯(lián)絡(luò)管線配置無(wú)法滿足能量交互需要，則可利用電池配送系統(tǒng)進(jìn)行電池跨區(qū)運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)IES能量靈活交互?；诔鋼Q電網(wǎng)絡(luò)的跨區(qū)IES 靈活能量交互調(diào)度的多場(chǎng)景描述如下所示。

1）調(diào)度場(chǎng)景1：聯(lián)絡(luò)管線滿足跨區(qū)域IES 能量（功率）交互需求，則僅在各自區(qū)域內(nèi)進(jìn)行BDS 和CSS 之間實(shí)現(xiàn)電池配送，往往不涉及跨區(qū)電池配送。調(diào)度場(chǎng)景1滿足式（10）。

2）調(diào)度場(chǎng)景2：（1）當(dāng)某個(gè)IES 出現(xiàn)能量（功率）缺額，且IES 聯(lián)絡(luò)管線無(wú)法滿足跨區(qū)域IES 能量（功率）補(bǔ)給，則將該能量缺額IES 的BDS 內(nèi)的低電量電池配送至其他區(qū)域IES 中的CCS 進(jìn)行充電，并將其他區(qū)域的高電量電池運(yùn)輸?shù)皆撊鳖~區(qū)域BDS 供EV 換電；（2）當(dāng)某個(gè)IES 出現(xiàn)能量冗余，且聯(lián)絡(luò)管線無(wú)法滿足跨區(qū)域IES 能量輸出，則將其他區(qū)域BDS 的低電量電池配送至該能量冗余IES 的CCS 內(nèi)進(jìn)行充電，并將該冗余區(qū)域的高電量電池配送至其他區(qū)域BDS供EV換電。調(diào)度場(chǎng)景2滿足式（11）。

3 面向IES的換電技術(shù)性能與關(guān)鍵特征

基于上述建模分析，相較于常規(guī)CSF，理想的面向IES 的換電模式應(yīng)具備規(guī)劃配置匹配、站內(nèi)調(diào)度控制設(shè)施完備、站網(wǎng)協(xié)同調(diào)度控制設(shè)備通暢等完備的技術(shù)性能。同時(shí)，面向IES 的換電模式不僅具有傳統(tǒng)CSF 所具有的交通系統(tǒng)特征、時(shí)空不確定性等特征，還具有多能互補(bǔ)協(xié)同等特征。

3.1 面向IES的換電模式應(yīng)當(dāng)具備的技術(shù)性能

面向IES 的換電模式主要以電力-交通為主體，并融合氣、熱、冷和交通等多種能源形式。各品類能源系統(tǒng)和交通系統(tǒng)呈現(xiàn)兩兩耦合關(guān)系［106-107］。同時(shí)，面向IES 的換電模式將以IES 多能互補(bǔ)為基礎(chǔ)，結(jié)合能源物流運(yùn)輸系統(tǒng)，充分發(fā)揮V2G 和B2G 技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充”深度耦合以及能源互動(dòng)及梯級(jí)利用［108］。含集中型充電站的IES 的基本架構(gòu)如圖6 所示。IES 上級(jí)能源系統(tǒng)受到上級(jí)調(diào)控中心的調(diào)度，向IES 提供能源支撐。同時(shí)，IES 供能網(wǎng)絡(luò)主要包含電、氣、冷、熱等管線，而光伏、冷熱電聯(lián)供、熱儲(chǔ)能、集中型充電站等供儲(chǔ)能設(shè)備接受IES 調(diào)控中心的調(diào)度為包括EV 在內(nèi)的多能負(fù)荷提供可靠供能，同時(shí)集中型充電站等用能終端受到需求側(cè)管理，響應(yīng)IES 的調(diào)控信息，提高了IES系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性以及對(duì)DG 的消納程度，并隨著EV滲透率的不斷提高，這種靈活性將越發(fā)凸顯。

圖6 含集中型充電站的IES的基本架構(gòu)Fig.6 Basic structure of IES with centralized charging station

3.2 面向IES的換電模式的關(guān)鍵特征

相比于以往常規(guī)CSF，面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)還具有其獨(dú)特的關(guān)鍵特征，可以總結(jié)為面向IES 的特征、高滲透率EV 環(huán)境下系統(tǒng)高韌性特征、跨區(qū)域靈活互聯(lián)互濟(jì)特征、跨區(qū)域靈活互聯(lián)互濟(jì)特征4 個(gè)方面。

3.2.1 面向IES的特征

換電網(wǎng)絡(luò)在交通系統(tǒng)和能源系統(tǒng)之間的能量耦合作用如圖7所示。

圖7 換電網(wǎng)絡(luò)在交通系統(tǒng)和能源系統(tǒng)之間的能量耦合作用Fig.7 Energy coupling role of swapping network between transportation system and energy system

從圖7 可知，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，屬于交通網(wǎng)絡(luò)中CSF 作為EV 的供能設(shè)備和多能互補(bǔ)耦合能源系統(tǒng)的用能終端，在EV 滲透率不斷提高并達(dá)到一定水平的負(fù)荷條件下，將成為交通系統(tǒng)和能源系統(tǒng)之間重要的能量耦合紐帶。

面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)CSF 的區(qū)別如圖8所示。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，通過(guò)V2G、B2G 等調(diào)控手段，交通系統(tǒng)的變量將通過(guò)面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)物流調(diào)控和能量轉(zhuǎn)換后在能源系統(tǒng)中體現(xiàn)為各供能網(wǎng)絡(luò)的潮流變量以及各耦合元件的啟停和出力變量等；同時(shí)多能耦合供能網(wǎng)絡(luò)的傳輸能量、運(yùn)行功率等則通過(guò)面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控和轉(zhuǎn)換傳遞至交通系統(tǒng)。

圖8 面向IES的換電網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)CSF的區(qū)別Fig.8 Differences between the swapping network facing IES and traditional CSF

3.2.2 高滲透率EV環(huán)境下系統(tǒng)高韌性特征

由于面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)在協(xié)同規(guī)劃和互補(bǔ)運(yùn)行過(guò)程中都充分考慮了EV 負(fù)荷的規(guī)模和增速，使得不僅IES 電系統(tǒng)的配置容量和運(yùn)行場(chǎng)景可以有更多的系統(tǒng)裕度來(lái)容納EV 負(fù)荷，而且其他品類能源系統(tǒng)（冷、熱、氣等）在規(guī)劃運(yùn)行時(shí)也充分考慮到輔助EV 負(fù)荷的冗余，所以含大規(guī)模EV的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)的韌性較采用非面向EV高滲透率IES的CSF更高。

3.2.3 跨空間區(qū)域靈活互聯(lián)互濟(jì)特征

多區(qū)域IES 之間的能量的互聯(lián)互濟(jì)一般采用聯(lián)絡(luò)管線實(shí)現(xiàn)［109］。換電網(wǎng)絡(luò)中儲(chǔ)能電池作為移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備，在空間上具有靈活性，在EV 規(guī)模達(dá)到較大水平之后，可利用換電網(wǎng)絡(luò)作為跨區(qū)域IES 之間的能量靈活傳輸與互聯(lián)互濟(jì)的交互主體而替代傳統(tǒng)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)管線?？鐓^(qū)域IES 能量交互通道如圖9所示。

圖9 跨區(qū)域IES能量交互通道Fig.9 Energy exchange approaches between cross-region IESs

作為大規(guī)模EV 能量供給終端的換電網(wǎng)絡(luò)，參與跨區(qū)域IES 的能量靈活互聯(lián)互濟(jì)如圖10所示。不同時(shí)段所屬不同區(qū)域IES 的換電網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)通信系統(tǒng)進(jìn)行換電車輛電量、電池物流車輛位置、能價(jià)等信息協(xié)同，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域IES 之間的能量信息互聯(lián)互濟(jì)。在高EV 滲透率負(fù)荷環(huán)境下，換電網(wǎng)絡(luò)逐步成為跨區(qū)域IES 之間具有時(shí)空源荷特性的新型能量耦合節(jié)點(diǎn)。

圖10 換電網(wǎng)絡(luò)參與跨區(qū)域IES的能量靈活互聯(lián)互濟(jì)Fig.10 Swapping network participating in the energy interaction flexibly cross-region IESs

圖11 為EV 不同滲透率下IES 通過(guò)換電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互濟(jì)可調(diào)度能量。當(dāng)換電網(wǎng)絡(luò)中總可互聯(lián)互濟(jì)能量的可行區(qū)間滿足跨區(qū)域IES 之間互聯(lián)互濟(jì)的能量交互需求區(qū)間，EV 換電網(wǎng)絡(luò)才能視為跨區(qū)域IES之間的時(shí)空移動(dòng)儲(chǔ)能介質(zhì)，從而在不同區(qū)間IES 之間形成穩(wěn)定、可控的能量交互。

圖11 EV不同滲透率下跨IES通過(guò)換電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互濟(jì)可調(diào)度能量Fig.11 Schedulable exchange energy of cross-region IESs via swapping network under different permeability of EVs

圖12 為面向與非面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)對(duì)跨區(qū)域IES 互聯(lián)互濟(jì)的影響。換電網(wǎng)絡(luò)在配置和運(yùn)行中若為非面向IES 時(shí)，則通常只能滿足電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求，沒(méi)有更多系統(tǒng)冗余來(lái)應(yīng)對(duì)IES 中其余品類能量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求，此時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)多區(qū)域IES之間EV能量交互終端的效果欠佳。而面向EV高滲透率可以避免上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)IES 之間的最優(yōu)互聯(lián)互濟(jì)。

圖12 面向與非面向IES的換電網(wǎng)絡(luò)對(duì)跨區(qū)域IES互聯(lián)互濟(jì)的影響Fig.12 Influence of IES oriented and non-oriented swapping network on interconnection between cross-region IESs

3.2.4 跨能量層級(jí)靈活互聯(lián)互濟(jì)特征

傳統(tǒng)不同能量層級(jí)IES 之間需要通過(guò)能源集線器進(jìn)行能量匯總和交互，且隨著區(qū)域IES 規(guī)模的擴(kuò)大，跨層級(jí)的交互將越發(fā)擴(kuò)大且頻繁，隨之帶來(lái)的是需要對(duì)能源集線器進(jìn)行不斷擴(kuò)容，降低了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性［110］。充分利用換電網(wǎng)絡(luò)能量物流運(yùn)輸屬性、時(shí)空靈活性和價(jià)格響應(yīng)效應(yīng)，通過(guò)電池物流車輛在屬于不同層級(jí)IES（社區(qū)級(jí)、園區(qū)級(jí)、區(qū)域級(jí)等）的集中型充電站和電池配送站之間的電池運(yùn)輸和價(jià)格響應(yīng)，在跨層級(jí)IES 之間構(gòu)成具有隨機(jī)性和價(jià)格響應(yīng)特點(diǎn)的靈活能量互聯(lián)互濟(jì)［111］。換電網(wǎng)絡(luò)參與跨層級(jí)IES的能量靈活互聯(lián)互濟(jì)如圖13所示。

圖13 換電網(wǎng)絡(luò)參與跨層級(jí)IES之間能量交互耦合Fig.13 Swapping network participating in the energy interaction coupling between multiple level IESs

4 面向IES的換電網(wǎng)絡(luò)研究關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

目前針對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)或IES 配置和運(yùn)行的研究較為廣泛而深入，但對(duì)于面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的耦合協(xié)同影響機(jī)制分析以及協(xié)同優(yōu)化方法的研究較為淺顯［112］。隨著EV 滲透率不斷提高，換電網(wǎng)絡(luò)在IES 中扮演的新型靈活多能耦合設(shè)備角色的重要程度將逐步提高，面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)在跨區(qū)、跨層等方面的協(xié)同問(wèn)題研究有具有廣闊發(fā)展空間，研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題可以總結(jié)為以下6個(gè)方面。

4.1 面向EV高滲透的多集中型充電站協(xié)同問(wèn)題

利用換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跨區(qū)、跨層IES 之間的能量靈活互聯(lián)互濟(jì)，必須利用不同區(qū)域、不同層級(jí)IES內(nèi)換電網(wǎng)絡(luò)的多集中型充電站以及配套的電池配送站構(gòu)成良好的能量交互終端協(xié)同實(shí)現(xiàn)跨區(qū)、跨層IES 之間良好的能量交互。考慮跨區(qū)、跨層集中型充電站以及配套的電池配送站的協(xié)同規(guī)劃、互補(bǔ)運(yùn)行、信息互聯(lián)互通是跨區(qū)、跨層IES 協(xié)同的首要條件和基礎(chǔ)，所以面向EV 高滲透IES 的多集中型充電站協(xié)同是首先需要解決的難點(diǎn)。

4.2 EV 高滲透率下多能流IES 和集中型充電站協(xié)同問(wèn)題

在優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程中，若遇到電力緊缺及EV 峰荷等較為惡劣的運(yùn)行工況，則其余品類能源網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)耦合設(shè)備對(duì)集中型充電站進(jìn)行補(bǔ)充供能。若對(duì)IES 和集中型充電站的協(xié)同性不加以考慮，或?qū)?dǎo)致后期IES 供能效率和可靠性偏低，甚至導(dǎo)致IES解列。所以需要充分考慮到未來(lái)高滲透率EV 下多能流IES 和集中型充電站協(xié)同規(guī)劃及互補(bǔ)運(yùn)行問(wèn)題。

4.3 EV 動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)多階段協(xié)同問(wèn)題

以往的研究通常忽略了EV 增速較快的動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性。若以運(yùn)行或配置末期EV 數(shù)據(jù)作為優(yōu)化前提，將導(dǎo)致超前建設(shè)、設(shè)備閑置，后期設(shè)備老化等問(wèn)題，若以初期EV 數(shù)據(jù)作為優(yōu)化基礎(chǔ)，則將導(dǎo)致容量短缺以及運(yùn)行可靠性低等問(wèn)題。為提高IES 供能的可靠性、高效性，需要充分考慮EV 滲透率動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的IES和換電網(wǎng)絡(luò)多階段協(xié)同問(wèn)題。

4.4 跨區(qū)域互聯(lián)互動(dòng)的IES和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同問(wèn)題

充分考慮EV 在跨區(qū)域IES 之間的不確定性能量交互，可進(jìn)一步降低跨區(qū)域IES 之間聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)的能流互濟(jì)以及配置建設(shè)規(guī)模，但這勢(shì)必會(huì)增加換電網(wǎng)絡(luò)中集中型充電站、電池配送站和電池物流系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模和投資。故在規(guī)劃運(yùn)行階段需要全面考慮IES 聯(lián)絡(luò)管網(wǎng)和換電網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性上的協(xié)同耦合，以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃運(yùn)行綜合最優(yōu)。故跨區(qū)互聯(lián)互動(dòng)的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)時(shí)空協(xié)同問(wèn)題需作進(jìn)一步研究，符合未來(lái)多區(qū)域IES 能流協(xié)同互聯(lián)互濟(jì)的發(fā)展需求。

4.5 跨層級(jí)互聯(lián)互動(dòng)的IES和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同問(wèn)題

通過(guò)換電網(wǎng)絡(luò)的能量運(yùn)輸特點(diǎn)越過(guò)能源集線器進(jìn)行跨層級(jí)IES 時(shí)空能量交互不可忽視，面向EV高滲透率的換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行也勢(shì)必會(huì)考慮自身作為EV 能量交互終端的角色。從而，能源集線器和換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃運(yùn)行具備了密切的耦合特性，此時(shí)如果換電網(wǎng)絡(luò)和能源集線器進(jìn)行分列規(guī)劃運(yùn)行，將造成非全局最優(yōu)，并引起投資浪費(fèi)和資源浪費(fèi)等問(wèn)題。故跨層級(jí)互聯(lián)互動(dòng)的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同問(wèn)題在綜合優(yōu)化時(shí)需要予以充分考慮。

4.6 面向EV 高滲透IES 的換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同需求側(cè)響應(yīng)問(wèn)題

借助結(jié)合電池物流系統(tǒng)的需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)EV 負(fù)荷規(guī)模化集群在時(shí)空有效調(diào)控，而激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)又可實(shí)現(xiàn)EV 時(shí)空轉(zhuǎn)移需求響應(yīng)的必須。其中，IES 中換電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷削減量以及跨區(qū)、跨層IES 中各換電網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)、合同期內(nèi)各換電網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)頻次等因素，以及各換電網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)通知時(shí)間提前量、不同IES 的節(jié)點(diǎn)用能價(jià)格補(bǔ)償或折扣、以及違約懲罰等激勵(lì)機(jī)制的特性決定了跨區(qū)、跨層IES中各換電網(wǎng)絡(luò)中集中型充電站充放能過(guò)程存在時(shí)間和空間上的差異。面向EV 高滲透IES 的換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同需求側(cè)響應(yīng)要更為充分考慮多能源、多區(qū)域和多層級(jí)的IES 與換電網(wǎng)絡(luò)之間的密切耦合，需要進(jìn)一步研究。

5 研究展望

面向高滲透率EV 的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為IES 跨空間區(qū)域、跨能量層級(jí)的IES 互聯(lián)互濟(jì)有效途徑，有著良好的發(fā)展前景。目前該技術(shù)的研究方興未艾，尚未形成成熟的研究體系以及具有普遍性的研究結(jié)論。本文對(duì)未來(lái)面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究展望如下。

5.1 考慮互補(bǔ)運(yùn)行的面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化建模

面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)需要面對(duì)多種品類互補(bǔ)能源，在運(yùn)行調(diào)度問(wèn)題中需要針對(duì)IES不同品類能源傳輸和轉(zhuǎn)化的特性，需要建立描述換電網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)運(yùn)行過(guò)程的精細(xì)化數(shù)學(xué)模型。

面向不同品種能量構(gòu)成和占比的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行調(diào)度時(shí)需要考慮包括電池物流系統(tǒng)和電、氣、熱等多能系統(tǒng)能量流傳輸速度的動(dòng)態(tài)差異，這導(dǎo)致面向不同品種能量構(gòu)成和占比不同的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程、調(diào)度成本以及建模方式出現(xiàn)差異。

未來(lái)?yè)Q電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化研究中需要注重對(duì)其電池物流系統(tǒng)以及面向的品種能源的動(dòng)態(tài)能流過(guò)程的進(jìn)行精細(xì)化建模，例如對(duì)輔助某個(gè)以熱網(wǎng)為主的IES 的換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化時(shí)對(duì)熱能在熱網(wǎng)中傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)傳輸過(guò)程進(jìn)行建模，計(jì)及熱能相關(guān)供儲(chǔ)能設(shè)備的效率動(dòng)態(tài)變化特性，分析熱動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)中集中型充電站、電池配送站部分運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)的影響，并將換電網(wǎng)絡(luò)電池物流系統(tǒng)時(shí)空靈活儲(chǔ)能在跨區(qū)、跨層IES 之間的能量動(dòng)態(tài)交互過(guò)程納入優(yōu)化模型，以全面體現(xiàn)高滲透率EV 的IES 的協(xié)同。這是未來(lái)分析面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題的關(guān)鍵。

5.2 面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)合理優(yōu)化配置

每個(gè)IES 中不同品種能源的占比、供能網(wǎng)絡(luò)、供儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)荷特性等差異較大，對(duì)于參與能量調(diào)節(jié)和跨區(qū)跨層互濟(jì)的換電網(wǎng)絡(luò)的需求也不盡相同。在某個(gè)區(qū)域IES 或多個(gè)IES 中需要建設(shè)多少集中型充電站和電池配送站建設(shè)規(guī)模如何以及需要電池物流系統(tǒng)的運(yùn)力規(guī)模，是未來(lái)EV 高滲透率能源-交通融合系統(tǒng)需要回答的重要問(wèn)題。面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置不僅要考慮EV 負(fù)荷需求，還需考慮IES 各類能源系統(tǒng)和跨區(qū)、跨層的IES 交互的需求。例如：隨著冷熱電聯(lián)產(chǎn)（combined cooling heating and power，CCHP）機(jī)組、電制冷設(shè)備的普及和綜合利用，換電網(wǎng)絡(luò)與冷系統(tǒng)的關(guān)系更加緊密，換電網(wǎng)絡(luò)配置需要考慮與冷系統(tǒng)的耦合。從整體系統(tǒng)能效優(yōu)化的角度出發(fā)，面向不同特征的IES的換電網(wǎng)絡(luò)并考慮換電網(wǎng)絡(luò)作為跨區(qū)、跨層IES 交互終端的合理規(guī)劃和協(xié)調(diào)運(yùn)行有待進(jìn)一步研究。

5.3 應(yīng)對(duì)高滲透率EV 負(fù)荷環(huán)境的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)靈活運(yùn)行控制

在IES 中出現(xiàn)高滲透率EV 的負(fù)荷環(huán)境也為面向換電網(wǎng)絡(luò)的靈活運(yùn)行控制帶來(lái)了新的維度。IES中作為重要負(fù)荷的供能終端的換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一個(gè)重要原則在于不能孤立看待換電網(wǎng)絡(luò)在IES 中的單一效益，而要從多能互補(bǔ)的角度出發(fā)考慮換電網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于其他IES 供儲(chǔ)用能設(shè)備的相對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以及與空間靈活性。換電網(wǎng)絡(luò)接受IES 的靈活調(diào)度控制，滿足EV 實(shí)時(shí)能量供給，配合IES 儲(chǔ)能系統(tǒng)（氫儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等），可實(shí)現(xiàn)可再生能源的波動(dòng)平抑、靈活需求側(cè)響應(yīng)與清潔能源消納。面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的部分應(yīng)用場(chǎng)景（如日內(nèi)調(diào)峰）與儲(chǔ)能系統(tǒng)具有重疊，因此與IES 儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的協(xié)同靈活運(yùn)行控制就成為IES 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的重點(diǎn)，需要進(jìn)一步研究。

6 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)和EV 規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)的大背景下，面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與工程應(yīng)用有利于提升IES 系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，進(jìn)一步提高IES 綜合能效，實(shí)現(xiàn)更加高效的清潔能源消納。面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃運(yùn)行研究為跨空間區(qū)域、跨能量層級(jí)IES 的靈活能量互聯(lián)互濟(jì)提供了解決思路，在時(shí)間、空間維度賦予了IES規(guī)劃配置和優(yōu)化運(yùn)行的更大靈活性和優(yōu)化空間，對(duì)未來(lái)IES 具有較為重要的研究意義。本文介紹了當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下能源交通融合系統(tǒng)，從理論、模型、實(shí)踐等不同維度對(duì)面向EV 高滲透率IES 的“集中充電、統(tǒng)一配送”換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜述，對(duì)面向IES的換電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能與關(guān)鍵特征進(jìn)行歸納總結(jié)，并凝練出面向IES 的換電網(wǎng)絡(luò)研究過(guò)程中的6 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：面向EV 高滲透IES 的多換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、EV 高滲透率下多能流IES 和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、EV 動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)多階段協(xié)同、跨區(qū)域互聯(lián)互動(dòng)的IES 和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、跨層級(jí)互聯(lián)互動(dòng)的IES和換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、面向EV 高滲透IES的換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同需求側(cè)響應(yīng)，并展望了面向EV 高滲透率IES 的換電網(wǎng)絡(luò)未來(lái)可能的研究方向，從而為學(xué)者未來(lái)的研究提供參考。