一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法技术

本专利公开了一种考虑小区电动汽车渗透率的台区变电站内变压器选型方法，本发明专利技术对不同电动汽车渗透率对电网容载比的影响进行了分析。建立了变压器型号和台数选择的经济性最优模型，通过成本比较和技术条件约束，选取满足电网运行可靠性的最优规划策略，从而同时满足电动汽车接入需求和电网运行的经济性，为不同区域(主要是居民区)的电网合理规划提供了应用支撑。

A distribution network planning method considering the penetration rate of electric vehicles in residential areas

【技术实现步骤摘要】
一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法
本专利技术涉及基于电动汽车渗透率的电网规划领域，尤其涉及到一种考虑电动汽车不同渗透率对居民区配电容量选择及变压器选型影响的电网规划方法，属于电网规划技术、经济用电技术。
技术介绍
容载比反映了指定区域电网容量的备用情况。在进行实际的电网规划时，一般先根据某一区域的预期负荷和电压等级确定容载比的取值范围，再通过负载率选取变压器的台数和容量，进一步指导变压器等电气设备的选型，从而由上至下的进行规划。但近些年来，大量以电动汽车为代表的新型负荷逐渐在城市电网中渗入，给电网的运行带来了一定的影响，由于在传统的电网规划中对容载比等参数进行取值时没有考虑到上述现象的影响，导致规划结果缺乏对规模化电动汽车负荷所带来冲击的适应性。因此在进行电网规划时需要根据电动汽车本身的负荷特性和当前发展趋势，分析其对电网规划中容载比取值等环节的影响，从而提高规划方案对电动汽车等新型负荷的适应性，更好地满足其接入需求，保证规划的适应性，同时还需要比较不同规划方案之间的经济性，结合不同地区的实际情况进行合理规划。
技术实现思路
本专利技术充分利用lingo软件求解非线性整数规划的能力，提高电网规划的合理性和经济性。在对居民区的电动汽车渗透率进行预测的基础上，建立了经济性最优模型，提出了一种不同渗透率下变电站内满足现有约束对变压器进行选型的策略和容载比优化方法。为达到此目的，本专利技术采用如下技术方案。一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，包括以下步骤：(1)根据小区的负荷数据，和电动汽车渗透率进行负荷预测，确定台区规划年内需要的变电容量。(2)根据小区的负荷特点，核算在进行电网规划时需要考虑的设备采购、厂站建设等固定成本。(3)根据变电站位置和变压器型号计算供电网损，并进一步核算电能损耗成本。(4)分析变电站所处地区的电力系统运行要求，明确技术约束条件。(5)以容载比为核心，以总成本最小为目标，建立经济最优规划模型。(6)综合各种规划方案和模型结果，得到最优设备选型策略，以及最佳的容载比取值。所述步骤(1)具体的方法为：在传统电网规划所使用的负荷数据的基础上，叠加电动汽车负荷，对于小区来说，电动汽车负荷可以用渗透率进行表征，渗透率用小区内电动汽车总数量(辆)占小区拥有住户总数(户)的比例进行表示，公式为；所述步骤(2)具体的方法为：电网规划后进行建设时需要考虑的固定成本支出主要为设备成本和建造维护成本。设备成本主要指变电站的原料采购成本，具体可以分为两部分，一是厂站建设材料的采购成本Z1，二是不同型号变压器及相关设备的采购。如果在已有的变电站进行规划，则可以不考虑变电站建造材料成本，只考虑设备成本即可。二是建造维护成本Z2，主要指的是变电站建造成本，包括土地费用、施工费用等，此外还包括规划年限内对变压器的维护检修以及故障条件下的维修成本。建议可取：Z2＝Z1×15％(2)所述步骤(3)具体的方法为：由于变压器损耗主要与变压器的容量有关，同时也与负荷大小和负载率之间存在着非线性的关系。通过输配电费可以将变压器的电能损耗转化为经济量，从而与其他成本一起总体考虑。变压器的有功功率损耗VP和无功功率损耗VQ可以用下式计算：式中：β为负载率；P0为空载损耗；PK为负载损耗；Q0为无功空载损耗，Qk为无功负载损耗。利用无功经济当量k'，进一步将无功损耗成本和有功损耗成本转换为经济成本：Z3＝e(ΔP+k'ΔQ)T(4)式中：T为变压器在规划年内运行服役的时间；e为电网的输配电价。所述步骤(4)具体的方法为：为保证电网可靠性和规划的可操作性，要求方案在可提供的设备中进行优化选取，且必须满足N-1约束，具体采用约束条件为：(Ni-1)Sj0≥Pi(5)Sj0∈RT(6)式中：i为不同变电站的编号，Ni为变电站的变压器数量；Pi为变电站辖区的最大有功负荷；Si0为变电站的单台变压器容量；RT为可以选择的变压器类型集合。所述步骤(5)具体的方法为：根据总成本最小化原则进行优化，以技术条件和可使用变压器型号为约束，得到以下模型：目标：其中，x＝1,23(7)式中：为规划方案中x编号变电站的在总投资成本。不等式约束要求：对所有电压等级的变电站均满足N-1准则，变电站所使用的变压器型号符合采购标准。所述步骤(6)具体的方法为：根据步骤(5)所述的优化模型结果，得到最小建造运行成本，确定规划方案中各等级变电站的变压器型号和台数，并得到最优容载比取值，付诸到电网规划优化方案中。本专利技术的有益效果为：本专利技术针对电动汽车对电网规划带来的影响，根据电动汽车的渗透率制定电网规划方案，将其影响量化并引入到经济性规划模型中来，在满足电动汽车发展需求和保障电网运行的可靠性的基础上，有效提高了电网规划的经济性和适应性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所使用的附图做简单地介绍。图1为本专利技术流程示意图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案更加清楚，下面将结合负荷和案例对本专利技术做进一步详细描述。选取一个变电站等级为35kV的居民区为对象，居民区内包含三个小区住宅楼，其中两个普通住宅小区，一个高档住宅小区，三个居民区的变电等级均为10kV，电动汽车充电桩功率为3.5kW。电动汽车的渗透率用小区内电动汽车总数量(辆)占小区拥有住户总数(户)的比例进行表示。算例中所有小区均选用S11型变压器，10kV和35kV电压等级下的额定容量分别为，10kV：630、800、1000、1250和1600kVA。35kV：2000、3150、5000、6300和16000kVA。10kV变压器具体参数如下表所示：35kV变压器具体参数如下表所示：各电压等级下的变压器不同型号的造价如下表：变压器的平均负载系数取70％，无功经济当量取0.1kW/kvar，变压器运行小时数T＝8760h。输配电价为1.5元/度。居民小区住户数比例及不同住户的用电同时率如下表所示，算例中假设普通住宅小区A有750户居民，普通住宅小区B有1200户居民，高档住宅小区C有450户居民。进一步假设，规划储备年限为5年，负荷平均增长率为10％。小区居民用电负荷功率因数取0.85，普通小区计算负荷6kW/户，计算负荷10kW/户，需用系数均取0.6。不同规模小区用电负荷同时率如下表。该地区的变压器负载率要求为：考虑到变电站的面积和建设成本，每座变电站内变压器的台数不多于4台,将不同的电动汽车渗透率代入到lingo优化模型仿真运行后，得到不同电动汽车渗透率下的变压器最优配置如下。进一步根据变压器的最优选型，可以得出不同电动汽车渗透率的最优容载比如下。根据结果，工作人员可以确定该地区的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)根据小区的负荷数据，和电动汽车渗透率进行负荷预测，确定台区规划年内需要的变电容量。/n(2)根据小区的负荷特点，核算在进行电网规划时需要考虑的设备采购、厂站建设等固定成本。/n(3)根据变电站位置和变压器型号计算供电网损，并进一步核算电能损耗成本。/n(4)分析变电站所处地区的电力系统运行要求，明确技术约束条件。/n(5)以容载比为核心，以总成本最小为目标，建立经济最优规划模型。/n(6)综合各种规划方案和模型结果，得到最优设备选型策略，以及最佳的容载比取值。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据小区的负荷数据，和电动汽车渗透率进行负荷预测，确定台区规划年内需要的变电容量。
(2)根据小区的负荷特点，核算在进行电网规划时需要考虑的设备采购、厂站建设等固定成本。
(3)根据变电站位置和变压器型号计算供电网损，并进一步核算电能损耗成本。
(4)分析变电站所处地区的电力系统运行要求，明确技术约束条件。
(5)以容载比为核心，以总成本最小为目标，建立经济最优规划模型。
(6)综合各种规划方案和模型结果，得到最优设备选型策略，以及最佳的容载比取值。


2.如权利要求1所述的一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，其特征在于：所述步骤(1)具体的方法为：在传统电网规划所使用的负荷数据的基础上，叠加电动汽车负荷，对于小区来说，电动汽车负荷可以用渗透率进行表征，渗透率用小区内电动汽车总数量(辆)占小区拥有住户总数(户)的比例进行表示。





3.如权利要求1所述的一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，其特征在于：所述步骤(2)具体的方法为：电网规划后进行建设时需要考虑的固定成本支出主要为设备成本和建造维护成本。设备成本主要指变电站的原料采购成本，具体可以分为两部分，一是厂站建设材料的采购成本Z1，二是不同型号变压器及相关设备的采购。如果在已有的变电站进行规划，则可以不考虑变电站建造材料成本，只考虑设备成本即可。二是建造维护成本Z2，主要指的是变电站建造成本，包括土地费用、施工费用等，此外还包括规划年限内对变压器的维护检修以及故障条件下的维修成本。建议可取：
Z2＝Z1×15％(2)


4.如权利要求1所述的一种考虑居民区电动汽车渗透率的配电网规划方法，其特征在于：所述步骤(3)具体的方法为：由于变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩天轮，毛安家，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11