配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法及系统。本发明专利技术的多元优化评估方法包括步骤：输入电力系统的网架信息；设置充电场景及电动汽车规模；构建配电系统运行模型；缺供电量裕度与N‑1约束；考虑不同种类负荷的需求侧响应；配电系统潮流分析，并判断各约束的越限情况；而后得到多元优化评估结果，并与已有的电动汽车充电需求进行对比，分析并提出配电系统规划意见。本发明专利技术研究了N‑1安全性需求、需求侧响应参与运行和系统负荷缺供电量裕度对配电系统接纳电动汽车能力的影响。采用本发明专利技术模型，可以在计及需求侧响应的前提下，获得全网以及各充电站节点对电动汽车的接纳能力，同时兼顾系统运行的安全性和经济性。

Multi-optimization Evaluation Method and System of Electric Vehicle Admission Capability in Distribution System

The invention discloses a multivariate optimization evaluation method and system for power distribution system to accept the capability of electric vehicles. The multi-element optimization evaluation method of the present invention includes steps: input grid information of power system; setting charging scenario and scale of electric vehicle; constructing operation model of distribution system; power shortage margin and N_1 constraint; considering demand side response of different kinds of loads; power flow analysis of distribution system, and judging the situation of over-limit of each constraint; and then obtaining multi-element optimization evaluation results, and Comparing with the existing charging demand of electric vehicles, this paper analyses and puts forward the planning opinions of distribution system. The invention studies the influence of N 1 security requirement, demand side response participating in operation and system load shortage margin on the ability of distribution system to accept electric vehicles. By adopting the model of the invention, the acceptance ability of the whole network and the charging station nodes to the electric vehicle can be obtained, taking into account the demand side response, while taking into account the safety and economy of the system operation.

【技术实现步骤摘要】
配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法及系统
本专利技术属于电力系统领域，特别是一种配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法及系统。
技术介绍
电动汽车充电站作为充电负荷接入到配电网中，增加了配电网系统的可变负荷，配电网接纳电动汽车能力定义为配电网在满足电力系统安全、可靠、稳定运行的条件下，能接纳的最大电动汽车充电负荷大小。在此基础上，配电网接纳电动汽车评估模型还需要考虑信息网络、电动汽车渗透率发展目标、不同区域不同行业的负荷特性以及相应的对可靠性差异化要求等不同输入元素，结合缺供电量控制裕度，来研究配电网现状态接纳电动汽车的能力和规划态下的接纳潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种配电网接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其在计及需求侧响应的前提下，获得全网以及各充电站节点对电动汽车的接纳能力，同时兼顾系统运行的安全性和经济性。为此，本专利技术采用如下的技术方案：配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其包括：输入电力系统的网架信息；设置充电场景及电动汽车规模；构建配电系统运行模型并考虑缺供电量裕度与N-1约束，同时计及不同种类负荷的需求侧响应对配电系统接纳电动汽车能力的影响；进行配电系统潮流分析，并判断各约束的越限情况；通过上述配电系统运行模型的计算得到多元优化评估结果，并与已有的电动汽车充电需求进行对比，分析并提出配电系统规划意见。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的配电系统运行模型考虑多时段潮流等式约束、节点电压约束、上级变电站传输功率约束和线路传输功率约束。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的多时段潮流等式约束为：采用线性化DistFlow方程来描述配电系统的节点功率平衡方程：忽略该方程中线路的有功和无功损耗：式中，ΩE和ΩCF分别为配电系统节点集合和线路集合；Ωi为与配电系统节点i相连的节点集合；和分别为配电系统节点i在时段t内的有功负荷和无功负荷；为接入节点i的电动汽车在时段t内的有功负荷；和分别为上级电源节点i在时段t内注入的有功和无功功率；Pij,t和Qij,t分别为配电线路ij在时段t内的有功和无功功率；rij和xij分别为线路ij的电阻和电抗；考虑到电网发生故障N-1时，网络拓扑会发生改变，所遵循的潮流约束也会有相应的变动，因此引入状态变量来表示线路ij的工作状态，线路ij故障时反之Vi为节点i的电压；T为总优化时间段。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的节点电压约束为：1-ε≤Vi,t/V0≤1+ε，式中：Vi,t和V0分别为配电系统节点i的电压幅值和基准值；ε为电压偏差系数上限，M为一个正数，用于分离候选线路状态变量和节点电压变量；当候选线路ij故障时，上式为松弛约束；当候选线路ij处于正常工作状态，则此时上述节点电压约束转换为下式所示形式的约束，即表明故障线路无需满足电压跌落方程，从而通过引入M的方法消除模型的非线性：式中，ΩEF为正常工作的配电线路集合。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的上级变电站传输功率约束为：式中：PiGmax和PiGmin分别为上级变压器i的有功传输上、下限；μ为上级变压器运行最大负载率；QiGmax和QiGmin分别为上级变压器i的无功传输的上、下限。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的线路传输功率约束为：式中：Pl,t和Ql,t分别为时段t内线路l的传输有功功率和无功功率；SNl表示在线路l的额定容量；μl表示线路l的负载率；为有功功率因数；为无功功率因数。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的配电系统运行模型，考虑配电系统接纳电动汽车能力最大为优化目标，优化目标函数表示为：式中：PiEV为接入节点i的电动汽车充电功率；Ωc为电动汽车充电节点的个数，随研究目标的不同有两种选择，若研究全网充电负荷的最大接纳能力，则Ωc为全网充电节点的数量；若研究充电站的充电负荷的最大接纳能力，则Ωc为充电站充电节点的数量。作为上述多元优化评估方法的补充，所述的考虑配电系统缺供电量裕度与N-1约束，具体包括：可靠性的差异化需求通过设定差异化的变电站运行负载率体现，当变压器在低负载率约束下运行时，能够保证其具有一定的转供能力，保障供电的可靠性；同时低的负载率会降低变压器的利用率，造成一定的可用容量闲置，因此有必要结合缺供电量控制裕度，进一步分析配电系统在允许缺供电量范围内的电动汽车最大接纳能力。作为上述多元优化评估方法的补充，对于不同负荷类型，以可中断负荷的形式设置供电功率的波动范围，从而获得计及需求侧响应前提下的配电系统电动汽车接纳能力。本专利技术的另一目的是提供一种配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估系统，其包括：输入模块：输入电力系统的网架信息；设置模块：设置充电场景及电动汽车规模；运行模型构建模块：构建配电系统运行模型，考虑缺供电量裕度与N-1约束，计及不同种类负荷的需求侧响应对配电系统接纳电动汽车能力的影响；潮流分析模块：配电系统潮流分析，并判断各约束的越限情况；评估计算及分析模块：通过计算，得到多元优化评估结果，并与已有的电动汽车需求进行对比，分析并提出配电系统规划意见。本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术研究了N-1安全性需求、需求侧响应参与运行和系统负荷缺供电量裕度对配电系统接纳电动汽车能力的影响；采用本专利技术的运行模型，可以在计及需求侧响应的前提下，获得全网以及各充电站节点对电动汽车的接纳能力，同时兼顾系统运行的安全性和经济性。附图说明图1为本专利技术实施例中配电网接纳电动汽车能力的多元优化评估方法流程图；图2为本专利技术实施例中单环式网架结构示意图；图3为本专利技术应用例的系统示意图；图4为本专利技术应用例中各充电站接纳电动汽车能力评估结果仿真图。具体实施方式为更好地理解本专利技术的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图1对本专利技术进行进一步的讲解说明。实施例1本实施例提出了一种配电网接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其流程包括如下详细步骤：步骤1、输入电力系统的网架信息。根据配电网区域划分研究，对配电网的拓扑结构进行合理的地块划分。以实际的地理区域中的主干道为分割依据，将主干道路在地理上所围成的多边形区域划为一个片区。步骤2、设置充电场景及电动汽车规模。根据电动汽车的统计信息，设置初始电动汽车规模。步骤3、构建配电系统运行模型。本专利技术所提出的配电网接纳电动汽车能力的多元优化评估模型目标函数可表示为：式中：PiEV为接入节点i的电动汽车充电功率；Ωc为电动汽车充电节点的个数，随研究目标的不同有两种选择，若研究全网充电负荷的最大接纳能力，则Ωc为全网充电节点的数量。若研究充电站的充电负荷的最大接纳能力，则Ωc为充电站充电节点的数量。同时该优化评估模型满足如下约束：(1)多时段潮流等式约束采用线性化DistFlow方程来描述配电系统的节点功率平衡方程：忽略该方程中线路的有功和无功损耗：式中：ΩE和ΩCF分别为配电系统节点集合和线路集合；Ωi为与配电系统节点i相连的节点集合；和分别为配电系统节点i在时段t内的有功负荷和无功负荷；为接入节点i的电动汽车在时段t内的有功负荷；和分别为上级电源节点i在时段t内注入的有功和无功功率；Pij,t和Qij,t分别为配电线路ij在时段t内的有功和无功功率；rij和xij分别为线路ij的电阻和电抗；本专利技术考虑到电网发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，包括：输入电力系统的网架信息；设置充电场景及电动汽车规模；构建配电系统运行模型并考虑缺供电量裕度与N‑1约束，同时计及不同种类负荷的需求侧响应对配电系统接纳电动汽车能力的影响；进行配电系统潮流分析，并判断各约束的越限情况；通过上述配电系统运行模型的计算得到多元优化评估结果，并与已有的电动汽车充电需求进行对比，分析并提出配电系统规划意见。

【技术特征摘要】
1.配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，包括：输入电力系统的网架信息；设置充电场景及电动汽车规模；构建配电系统运行模型并考虑缺供电量裕度与N-1约束，同时计及不同种类负荷的需求侧响应对配电系统接纳电动汽车能力的影响；进行配电系统潮流分析，并判断各约束的越限情况；通过上述配电系统运行模型的计算得到多元优化评估结果，并与已有的电动汽车充电需求进行对比，分析并提出配电系统规划意见。2.根据权利要求1所述的配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，所述的配电系统运行模型考虑多时段潮流等式约束、节点电压约束、上级变电站传输功率约束和线路传输功率约束。3.根据权利要求2所述的配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，所述的多时段潮流等式约束为：采用线性化DistFlow方程来描述配电系统的节点功率平衡方程：忽略该方程中线路的有功和无功损耗：式中，ΩE和ΩCF分别为配电系统节点集合和线路集合；Ωi为与配电系统节点i相连的节点集合；和分别为配电系统节点i在时段t内的有功负荷和无功负荷；为接入节点i的电动汽车在时段t内的有功负荷；和分别为上级电源节点i在时段t内注入的有功和无功功率；Pij,t和Qij,t分别为配电线路ij在时段t内的有功和无功功率；rij和xij分别为线路ij的电阻和电抗；考虑到电网发生故障N-1时，网络拓扑会发生改变，所遵循的潮流约束也会有相应的变动，因此引入状态变量来表示线路ij的工作状态，线路ij故障时反之Vi为节点i的电压；T为总优化时间段。4.根据权利要求3所述的配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，所述的节点电压约束为：1-ε≤Vi,t/V0≤1+ε，式中：Vi,t和V0分别为配电系统节点i的电压幅值和基准值；ε为电压偏差系数上限，M为一个正数，用于分离候选线路状态变量和节点电压变量；当候选线路ij故障时，上式为松弛约束；当候选线路ij处于正常工作状态，则此时上述节点电压约束转换为下式所示形式的约束，即表明故障线路无需满足电压跌落方程，从而通过引入M的方法消除模型的非线性:式中，ΩEF为正常工作的配电线路集合。5.根据权利要求3所述的配电系统接纳电动汽车能力的多元优化评估方法，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟民，邓卿，文福拴，王蕾，孙可，邹波，张西竹，戴攀，潘弘，张杨，王坤，胡哲晟，刘曌煜，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，浙江大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33