赵鹏飞

在国家"双碳"目标与交通强国建设双重战略驱动下，高速公路行业面临着严峻的节能减排压力。本文针对高速公路收费站、服务区、隧道（群）等节点用电负荷分散布局、能耗指标偏高、碳排放总量较大的现实困境，提出了一种基于"源网荷储"理念的一体化微电网架构及其多时间尺度协同控制策略。本文的主要研究内容和创新成果如下：（1）场景与模型创新：首次针对"收费站+隧道群"典型高速公路场景，构建了"源网荷储"一体化微电网系统架构。建立了考虑太阳辐照不确定性的Beta概率分布光伏出力模型，以及融合交通流量动态特性的收费站机电负荷、隧道照明与通风负荷联合预测模型。采用雨流计数法结合Arrhenius方程建立了储能电池寿命衰减模型，实现了全生命周期运行成本的精准量化。（2）方法创新：提出了日前调度—日内滚动—实时控制三层多时间尺度能量管理策略。日前层采用基于拉丁超立方抽样的随机规划优化；日内层引入模型预测控制（MPC）框架，以15分钟为采样周期、4小时为预测时域，实现功率偏差的滚动修正；实时层设计基于优先级排序的功率分配策略与动态SOC安全约束机制。（3）验证与结论：基于某省高速公路实际工程参数开展算例分析，对比了四种控制方案。仿真结果表明，本文所提策略相比传统日前调度可降低运行成本约24.3%，弃光率由8.7%降至2.1%，储能日等效循环次数控制在0.48次以内，并网点功率偏差控制在±5%以内，显著提升了新能源消纳能力与系统经济性。本文研究成果可为高速公路"源网荷储"微电网工程提供科学可行的能量管理策略设计参考，对推动交通基础设施与能源系统深度融合具有重要的理论意义和工程应用价值。

高速公路微电网；源网荷储；模型预测控制；多时间尺度能量管理；交通负荷预测；储能寿命优化

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