[論文レビュー] A Queueing Based Scheduling Approach to Plug-In Electric Vehicle Dispatch in Distribution Systems

Qiao Li, Rohit Negi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2012

Electric Vehicles and Infrastructure参考文献 14被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、配電系統におけるプラグイン電気自動車（PEV）の充電を最適に管理するための最大重みキューイングベースのスケジューリングアルゴリズムを提案する。これは、やや緩い確率的仮定のもとでスループット最適性を保証する。この手法は分岐の混雑や電圧低下を防ぎ、高密度なPEV導入を可能にするとともに、高価なインfra構築の更新を回避する。同時に、再生可能エネルギーの統合を促進する。

ABSTRACT

Large-scale integration of plug-in electric vehicles (PEV) in power systems can cause severe issues to the existing distribution system, such as branch congestions and significant voltage drops. As a consequence, smart charging strategies are crucial for the secure and reliable operation of the power system. This paper tries to achieve high penetration level of PEVs with the existing distribution system infrastructure by proposing a smart charging algorithm that can optimally utilize the distribution system capacity. Specifically, the paper proposes a max-weight PEV dispatch algorithm to control the PEV charging rates, subject to power system physical limits. The proposed max-weight PEV dispatch algorithm is proved to be throughput optimal under very mild assumptions on the stochastic dynamics in the system. This suggests that the costly distribution system infrastructure upgrade can be avoided, or failing that, at least successfully deferred. The proposed PEV dispatch algorithm is particularly attractive in integrating the renewable energy sources in the distribution system, by successfully absorbing their intermittency.

研究の動機と目的

• 既存の配電系統におけるプラグイン電気自動車（PEVs）の高密度導入によって引き起こされる深刻な分岐混雑や電圧低下の課題に対処すること。
• 高価な配電系統の更新を要しないように、PEV統合を最大化する知的充電戦略を開発すること。
• キューイング理論の原則を活用して、確率的PEV充電ダイナミクスのもとでシステムの安定性と信頼性を確保すること。
• PEV充電を再生可能エネルギー発電パターンと一致させることで、間歇的再生可能エネルギー源の効果的統合を可能にすること。

提案手法

• キューのバックログとシステム制約に基づき、充電レートを動的に制御する最大重みPEVディスパッチアルゴリズムを定式化すること。
• PEV充電需要をキューへの確率的到着とみなすキューイングネットワークとして配電系統をモデル化すること。
• 分岐電流制限や電圧制約などの配電系統の物理的制限を最適化におけるハード制約として組み込むこと。
• リャプノフ最適化技術を用いて、システムダイナミクスにやや緩い仮定のもとでスループット最適性を証明すること。
• PEVの利用可能性や再生可能エネルギー出力のリアルタイム変化にアルゴリズムが適応できることを保証すること。
• アルゴリズムがリアルタイムの配電系統運用においてスケーラブルかつ実装可能であるように設計すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現実的な確率的ダイナミクスのもとで、キューイングベースのスケジューリングアプローチは、スループット最適性を達成できるか？
• RQ2 提案されたアルゴリズムは、高密度なPEV導入を伴う配電ネットワークにおいて、分岐混雑や電圧違反をどの程度効果的に防止できるか？
• RQ3 協調的PEV充電を通じて、アルゴリズムは再生可能エネルギーの間歇的特性をどの程度効果的に吸収できるか？
• RQ4 どのようなシステム条件下で、インfra構築の更新を要せず、安定性と最適性を維持できるか？

主な発見

• 提案された最大重みPEVディスパッチアルゴリズムは、PEV到着および再生可能エネルギー発電の確率的挙動に対して非常に緩い仮定のもとで、スループット最適性であることが証明された。
• アルゴリズムは分岐混雑や電圧低下を効果的に防止し、高密度なPEV導入下でも配電系統の安全運転を可能にした。
• 提案されたアルゴリズムによる既存容量の効率的利用のおかげで、システムインfraの更新を延期または完全に回避できる。
• 再生可能エネルギー発電パターンとPEV充電を一致させることで、アルゴリズムは再生可能エネルギーの統合を促進し、ネットロードの変動性を平滑化した。