一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法。该方法基于投资运行成本总和最小，建立了配电系统扩展规划模型，给出无序和有序充电模式下的充电负荷计算方法。在此基础上考虑系统中负荷等诸多不确定性因素运用场景分析技术，以常规负荷预测量、电动汽车保有量和充电模式这三个向量构成场景，通过有效的优化求解器GUROBI获得求解从而得到配电系统的灵活规划模型。最后，用算例对所提模型和策略进行了说明。本发明专利技术方法不仅可为投资者提供成本较小的初始建设方案，还达到该方案对未来其他可能场景的适应能力，为投资者未来投资规划减少一定的风险。

A flexible planning method of distribution system for large-scale application of electric vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法
本专利技术涉及电力系统领域，特别是涉及一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法。
技术介绍
为应对日益严重的环境问题和公众环保意识的增强，电动汽车逐渐受到人们的关注。随着电动汽车的普及，配电系统必须在保证可靠性和安全性的前提下采用合理扩展方法，为其适应更多电动汽车的接入。一方面，电动汽车的保有量受国家一系列鼓励政策等因素影响，出现井喷式的增长，更增加了预测难度。另一方面，电动汽车充电行为受到市场和车主行为对负荷平衡带来影响，从而改变配电系统网架结构的设计规划。配电系统扩展规划主要是根据规划区域内的负荷等影响因素分布，为了满足运行要求从而建立最经济的网架结构。随着电动汽车规模化接入，充电行为伴随着更多不确定因素，现有文献考虑了输发电系统规划对未来场景的适应能力，但是并没有关于配电系统扩展规划在适应未来场景方面的探讨；且考虑电动汽车的配电网规划在现阶段和网架结构单方面的影响时并没有参考未来不确定因素对配电系统的影响。而本专利技术设立了代表未来情况的不同场景，并可根据不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法，其特征在于，建立一种基于投资运行成本总和最小的配电系统扩展规划模型，给出无序和有序充电模式下的充电负荷计算方法；在此基础上运用场景分析技术，以常规负荷预测量、电动汽车保有量和充电模式这三个向量构成场景，并以此建立配电系统的灵活规划模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法，其特征在于，建立一种基于投资运行成本总和最小的配电系统扩展规划模型，给出无序和有序充电模式下的充电负荷计算方法；在此基础上运用场景分析技术，以常规负荷预测量、电动汽车保有量和充电模式这三个向量构成场景，并以此建立配电系统的灵活规划模型。


2.根据权利要求1所述的适用于电动汽车规模化应用的配电系统的灵活规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1建立配电系统扩展规划模型，具体为：
1)配电线路模型
以配电线路和变电站的投资运行成本费用之和最小为目标，目标函数如下所示：












式中:和分别是配电系统线路和变压站规划的投资费用和运行费用；nL是配电线路的个数；nSR和nSC分别是可扩容的和不可扩容的现有变电站个数以及待选变电站的个数；nS是全部变电站的总和；T为24小时；是配电线路ij单位长度的建设成本；是变电站i的扩容成本；为变电站i的新建成本；为变电站i的运行单位成本；μi为是否新建该设备：新建为1，否则为0；νi,a为是否对变电站进行扩容：选择并采用方案a扩容为1，否则为0；为是否新建该条线路，新建为1，否则为0；lij为线路ij的长度，n1、n2分别为设备使用和生产年限；β为投资费用系数，δ为天数即365天，cE为电能的平均价格；θij,t是时间t配电线路ij两端的相角差；Vi,t和Vj,t分别是时间t配电系统节点i和节点j的电压幅值；
2)换电站规划
A.换电站需求
在换电站运行模式中，电动汽车可以选择在换电站充电或者直接选择将已消耗电量的电池与换电站内充满电的电池进行交换；换电站的电池数量根据换电站的充电需求进行配置；换电站换电需求与所需充电电池的数量密切相关；
首先给出初始状态SOC表达式



以及充电时长：



根据式(5)和(6)可得电池充电时间概率密度函数



从而得到换电站的换电需求
Mb＝Psp·Ntotal(8)






Ps为换电站一般情况下充电时的充电功率，Psp为根据式(7)充电概率密度函数得到该地区所需充电电池的概率，Nb为换电站b时间需要充电的电池数量，Mb为换电站充电时段的需要充电电池数，Ssoco为起始SOC电量，σSW和μSW分别为换电站充电时的标准差和方差，η为电池充电效率，Ntotal为该配电系统区域分配的电池总数；Cb为电池容量；为换电站充电总需求；通过上述表达式可求出换电站的投资和运行成本分别为







是换电站配电线路建设单位成本，Aeg为换电站运行单位成本；lswap,i为换电站到节点的距离；nswap为换电站个数；从而可得配电系统扩展规划的总投资和总运行费用



B.换电站电池管理
换电站中有s台换电装置可为电池充电，假设有c辆电动汽车且当电动汽车到达换电站后直接进行换电或者进入排队等待，同时换电站中的电池电量状态也分为满电X(t)，正在充电Y(t)和待充Z(t)三种；根据排队论原理选择满电状态的电池装入，完成换电操作；
根据统计概率电动汽车K到达换电站服从速率为λ泊松过程，卸下的电池充满电的过程服从μ的负指数分布；电动汽车的换电过程可运用排队论模型进行求解，公式如下所示：



从上述公式可得每个电池的状态概率P0和运行N组需要充电电池概率Pn






上式中为换电效率并且小于1，确保换电过程稳态进行，Ps为换电过程中满电电池装入电动汽车所需排队长度的数学期望，通过判断电池的状态数据来更换换电站中的电池；
3)约束条件
A.潮流约束






nD为配电系统节点数；gij和bij为配电线路ij的电导和电纳；Gij和Bij为系统24节点的节点导纳矩阵实部和虚部；和分别是变电站和换电站节点i时段t的有功和无功输出；和分别为配电线路节点i时间t的常规有功、无功负荷；为系统节点i时间t的充电负荷；
B.容量约束




是配电线路，变电站和换电站的允许的最大容量；
C.传输功率约束









Pij,t和Qij,t分别为配电线路ij时间t传输的有功和无功；为线路上传输容量；
D.电压约束

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳伟，李越，赵兴勇，姚方，文福拴，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司经济技术研究院，山西大学，浙江大学，
类型：发明
国别省市：山西;14