一种配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法技术方案

本发明专利技术公开的一种配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法，包括如下步骤：首先提出基于节点充电需求的分散式充电桩的规划策略，之后构建以投资成本和系统网损之和最小、快速充电站截获的交通流量最大为目标的配电系统与电动汽车充电网络协调规划的多目标优化模型。在所发展的模型中,引入了基于用户平衡的交通配流模型对快速充电站截获的交通流量进行分析,并运用排队论的相关理论以交通高峰时段车主的平均充电等待时间不超过一定阈值为原则配置各快速充电站的设备数量。采用本发明专利技术的方法可以获得一系列帕累托非支配解,方便规划人员或投资者根据工程实际在各非支配解之间进行权衡并选择最为合理的方案,从而提高投资效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电动汽车充电站规划
,基于交通网络配流分析、排队论、多目标优化等相关理论来确定快速充电站的候选站址及规模。
技术介绍
电动汽车的广泛接入对配电系统规划提出了新的挑战。首先部署电动汽车充电网络,进而对配电系统进行升级改造是目前较为常用的一种两阶段规划方法,但该方法往往不能有效地实现对资源的最优配置。这样,如何进行配电系统与电动汽车充电网络的协调规划,就是一个值得研究的重要问题。在上述背景下,本专利技术首先提出了基于节点充电需求的分散式充电桩的规划策略,之后以投资成本和系统网损之和最小、快速充电站截获的交通流量最大为目标,构建了配电系统与电动汽车充电网络协调规划的多目标优化模型,并采用带修改交叉和变异算子的非支配排序遗传算法-II(NSGA-II)求取所构建的多目标优化模型的非支配解。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题,是考虑城市交通网络配流分析、电动汽车用户出行便利等因素的配电系统与电动汽车充电网络的协调规划问题。本专利技术的配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法，包含以下4个步骤：1)分散式充电桩的定容及其充电功率的确定对于分散式充电桩，配电系统每个节点所需配置的分散式充电桩数量可根据各节点的充电需求确定。ci=CβΣt∈Tvi,tΣi∈NDΣt∈Tvi,t,∀i∈ND---(1)]]>ni=ciγ,∀i∈ND---(2)]]>式中:ci和ni分别表示配电系统节点i的充电频次需求(次/天)和应配置的分散式充电桩数量；C表示配电系统的总充电频次需求；β表示选择分散式充电桩作为能源补给方式的比例；vi,t表示时段t在配电系统节点i处于停放状态的电动汽车数量；ND表示配电系统节点集合；T表示一天中的时段集合；γ表示单个充电桩的日平均服务次数。由分散式充电桩所引入的配电系统各节点各时段充电功率及其容量可分别根据公式(3)-(4)进行估算。Picp,max=nipcp,∀i∈ND---(4)]]>式(3)-(4)中:和分别表示由分散式充电桩引入的配电系统节点i在时段t的充电功率及其容量；h表示由分散式充电桩作为电动汽车能源补给方式的平均充电时长；pcp表示分散式充电桩的额定充电功率。2)快速充电站的定容及其充电功率的确定假定各快速充电站待充电车辆的平均到达速率与该快速充电站截获的交通流量成正比。这样,快速充电站交通高峰时段待充电车辆的平均到达率(指单位时间内到达快速充电站接受充电服务的电动汽车数量)就可表示为:λkRH=max{λk,t|λk,t=C(1-β)fttripΣt∈Tfttripfk,tΣk∈ΩKfk,t,∀t∈T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法，其特征在于包含以下步骤：1)分散式充电桩的定容及其充电功率的确定对于分散式充电桩，配电系统节点i每天的充电频次需求ci及应配置的分散式充电桩数量ni分别表示如下：式中，C表示配电系统的总充电频次需求；β表示选择分散式充电桩作为能源补给方式的比例；vi,t表示时段t在配电系统节点i处于停放状态的电动汽车数量；ND表示配电系统节点集合；T表示一天中的时段集合；γ表示单个充电桩的日平均服务次数；由分散式充电桩所引入的配电系统各节点各时段充电功率及其容量可分别根据公式(3)‑(4)进行估算：式(3)‑(4)中，和分别表示由分散式充电桩引入的配电系统节点i在时段t的充电功率及其容量；h表示由分散式充电桩作为电动汽车能源补给方式的平均充电时长；pcp表示分散式充电桩的额定充电功率；2)快速充电站的定容及其充电功率的确定假定各快速充电站待充电车辆的平均到达速率与该快速充电站截获的交通流量成正比，这样,快速充电站交通高峰时段待充电车辆的平均到达率，即单位时间内到达快速充电站接受充电服务的电动汽车数量可表示为:式中:λk,t和分别表示第k个快速充电站在时段t和交通高峰时段每小时待充电车辆的平均到达率；ΩK表示快速充电站的候选站址集合；表示时段t的出行比例；fk,t表示第k个快速充电站时段t截获的交通流量；根据排队论中的M/M/s队列模型,快速充电站的定容问题可归结为如式(6)‑(10)所示的非线性整数规划问题：Min zk  (6)式(6)‑(10)中:zk表示第k个快速充电站所应配置的快充设备数量；和Wallowed分别表示交通高峰时段接受充电服务的平均等待时间及其最大允许时间；表示交通高峰时段第k个快速充电站快充设备的平均使用率；P0,k表示第k个快速充电站快充设备全部空闲的概率；μ表示快充设备每小时的平均服务率；确定各快速充电站的设备数量之后,其各时段的充电功率及最大充电容量可分别根据式(11)‑(12)计算：式中:和分别表示第k个快速充电站时段t的充电功率及其最大充电容量；pFCS表示快充设备的额定充电功率；ρk，t表示第k个快速充电站时段t的设备平均使用率,其可用数学公式描述为:3)构建配电系统与电动汽车充电网络协调规划的多目标优化模型所考虑的第一个子问题的目标为最小化投资成本和系统网损，其数学形式可描述为：其中:式中：πL、πS和πFCS分别表示配电线路、变电站和快速充电站的资金回收系数；ΩDL表示包络现有线路和候选线路两类配电线路的集合；ΩSR和ΩSE分别表示可扩容的和不可扩容的现有变电站集合；ΩSC表示候选变电站集合；表示配电线路的建设成本，对于现有线路,该参数设置为0；和分别表示变电站i的新建成本和扩容成本；cCH和分别表示新建快速充电站涉及的可变成本中与快速充电站地理位置无关的分量和与快速充电站地理位置有关的分量；表示新建快速充电站的固定成本；xij、和uk分别表示配电线路建设、变电站新建、变电站扩容和快速充电站建设的二进制决策变量；lij表示配电线路ij的长度；cE和dannual分别表示电能的平均价格和一年中的天数；gij和bij分别表示配电线路ij的电导和电纳；Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵的实部和虚部；nL、nS和nFCS分别表示配电线路、变电站和快速充电站的服务年限；ε表示年利率；Ui,t和Uj,t分别表示配电系统节点i和节点j时段t的电压幅值；所考虑的第二个子问题的目标为最大化快速充电站截获的交通流量，其数学模型可描述为：式中:NT表示交通网络的节点集合；Qrs表示连接OD对rs的路径集合；表示连接OD对rs的路径q 每年承载的交通流量；表示连接OD对rs的路径q上的交通流量能否被截获的决策变量,和分别表示该路径上的交通流量能和不能被截获；表示能够截获路径q上的交通流量的快速充电站集合；表示连接OD对rs的路径q上时段t的交通流量；4)采用NSGA‑II对上述模型进行求解，获得帕累托非支配解,规划人员或投资者根据工程实际在各非支配解之间权衡并选择最为合理的方案。...

【技术特征摘要】
1.一种配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法，其特征在于包含以下步骤：
1)分散式充电桩的定容及其充电功率的确定
对于分散式充电桩，配电系统节点i每天的充电频次需求ci及应配置的分散式充电桩数量ni分别表示如下：
式中，C表示配电系统的总充电频次需求；β表示选择分散式充电桩作为能源补给方式的比例；vi,t表示时段t在配电系统节点i处于停放状态的电动汽车数量；ND表示配电系统节点集合；T表示一天中的时段集合；γ表示单个充电桩的日平均服务次数；
由分散式充电桩所引入的配电系统各节点各时段充电功率及其容量可分别根据公式(3)-(4)进行估算：
式(3)-(4)中，和分别表示由分散式充电桩引入的配电系统节点i在时段t的充电功率及其容量；h表示由分散式充电桩作为电动汽车能源补给方式的平均充电时长；pcp表示分散式充电桩的额定充电功率；
2)快速充电站的定容及其充电功率的确定
假定各快速充电站待充电车辆的平均到达速率与该快速充电站截获的交通流量成正比，这样,快速充电站交通高峰时段待充电车辆的平均到达率，即单位时间内到达快速充电站接受充电服务的电动汽车数量可表示为:
式中:λk,t和分别表示第k个快速充电站在时段t和交通高峰时段每小时待充电车辆的平均到达率；ΩK表示快速充电站的候选站址集合；表示时段t的出行比例；fk,t表示第k个快速充电站时段t截获的交通流量；
根据排队论中的M/M/s队列模型,快速充电站的定容问题可归结为如式(6)-(10)所示的非线性整数规划问题：
Min zk  (6)
式(6)-(10)中:zk表示第k个快速充电站所应配置的快充设备数量；和Wallowed分别表示交通高峰时段接受充电服务的平均等待时间及其最大允许时间；表示交通高峰时段第k个快速充电站快充设备的平均使用率；P0,k表示第k个快速充电站快充设备全部空闲的概率；μ表示快充设备每小时的平均服务率；
确定各快速充电站的设备数量之后,其各时段的充电功率及最大充电容量可分别根据式(11)-(12)计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡信，姚伟锋，吕浩华，文福拴，李梁，袁军，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司电动汽车服务分公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33