[论文解读] Economic Evaluation of Transformer Loss of Life Mitigation by Energy Storage and PV Generation

Milad Soleimani, Mladen Kezunović|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2020

Electric Vehicles and Infrastructure参考文献 15被引用 4

一句话总结

本文评估了使用电池储能系统（BESS）和光伏发电（PV）来缓解插电式电动汽车（PEVs）引起的峰值负荷对配电变压器寿命损耗的经济可行性。基于德克萨斯州科勒吉斯堡2018年的实际数据和蒙特卡洛模拟，研究结果表明，BESS与PV的协同部署能有效降低热点温度，从而在有利的成本效益比下延长变压器使用寿命。

ABSTRACT

High penetration of plug-in electric vehicles (PEVs) can potentially put the utility assets such as transformer under overload stress causing decrease in their lifetime. The decrease in PV and battery energy storage system (BESS) prices has made them viable solutions to mitigate this situation. In this paper, the economic aspect of their optimal coordination is studied to assess transformer hottest spot temperature (HST) and loss of life. Monte Carlo simulation is employed to provide synthetic data of PEVs load in a residential complex and model their stochastic behavior. For load, temperature, energy price and PV generation, real data for City of College Station, Texas, USA in 2018 is acquired and a case study is developed for one year. The results illustrate using BESS and PV is economically effective and mitigates distribution transformer loss of life.

研究动机与目标

• 评估缓解插电式电动汽车渗透率上升导致的配电变压器寿命损耗的经济可行性。
• 分析电池储能系统（BESS）与光伏发电（PV）协同运行以减少变压器热应力的效果。
• 评估随机性PEV充电行为对配电变压器热点温度（HST）和寿命损耗的影响。
• 基于科勒吉斯堡，德克萨斯州2018年的实际数据，开展为期一年的仿真案例研究。

提出的方法

• 采用蒙特卡洛模拟生成住宅小区中随机性PEV负荷行为的合成数据。
• 收集了德克萨斯州科勒吉斯堡2018年的实际负荷、环境温度、电价和光伏发电数据。
• 建立了变压器热点温度（HST）的动态模型，基于热循环估算寿命损耗。
• 制定了经济模型，用于评估BESS与PV集成的净现值（NPV），考虑投资成本、运营成本及节能收益。
• 在不同负荷与发电情景下，评估BESS与PV的最优协同策略，以最小化HST并延长变压器寿命。
• 案例研究对全年运行进行了仿真，以评估在真实条件下的性能与经济成果。

实验结果

研究问题

• RQ1 BESS与PV的集成对减少PEV引起的峰值负荷导致的变压器寿命损耗的经济影响如何？
• RQ2 随机性PEV充电行为如何影响配电变压器的热应力与使用寿命？
• RQ3 BESS与PV协同部署在多大程度上可降低配电变压器的热点温度（HST）？
• RQ4 在考虑投资、运营与节能成本因素的情况下，BESS与PV部署的净现值（NPV）是多少？
• RQ5 实际负荷、温度与光伏发电的波动如何影响该缓解策略的经济与技术性能？

主要发现

• BESS与PV的集成显著降低了配电变压器的热点温度（HST），从而减轻了寿命损耗。
• BESS与PV的协同使用通过减少热循环与峰值负载，显著延长了变压器寿命。
• 经济分析表明，BESS与PV的投资成本可通过节能收益与避免的更换成本得到合理回报。
• 在2018年真实数据条件下，系统的净现值（NPV）为正，表明其具有经济可行性。
• 蒙特卡洛模拟有效捕捉了PEV充电的随机特性，从而实现了对系统性能的稳健评估。
• 案例研究证明，BESS与PV可被最优协调，以在配电网中实现技术和经济双重效益。