考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法及系统，属于配电网规划领域，配电网规划方法包括：获取历史样本数据集并聚类，得到负荷与光伏出力的时序数据，确定配电网潮流约束；根据配电网与上级电网的交换功率上下限确定交换功率约束；根据配电网中电动汽车的充放电情况确定电动汽车灵活性资源的上下调负荷量边界，进而确定电动汽车灵活性资源运行约束；根据光伏电站及储能系统确定光储运行约束；根据配电网线路的扩建系数、储能系统的负载系数及光伏电站的弃光系数确定目标函数；基于上述各约束条件及目标函数确定配电网规划模型并求解，确定配电网在多个规划年的扩建线路。减少了配电网线路的扩建并提升了新能源的消纳率。升了新能源的消纳率。升了新能源的消纳率。

【技术实现步骤摘要】
考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及配电网规划领域，特别是涉及一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法及系统。

技术介绍

[0002]在“双碳”目标下，配电网中的光伏比例也逐渐提升，光伏出力的波动性给配电网的稳定运行造成了一定程度的冲击，电力系统需求侧的负荷量也随着社会需求的增加而增加，如果不提前对配电网的线路进行规划，会给电网带来线路损坏、网损增大、电能质量下降、电压降低、电网运行优化控制难度增加等问题，这对电力系统的调节能力提出了新的要求。其中配电网中负荷容量的逐渐提升，电网中输电线路容量趋于不足，需要在特定的规划年份对线路进行扩建；同时，配电网中新能源特别是光伏发电占比越来越大，光伏作为一种新型清洁能源，其出力波动性强，稳定性差，所以光伏的大规模接入影响了配电网的安全稳定运行，对光伏的充分消纳也成了如今电力系统的热点问题。
[0003]而储能技术的发展能够有效的缓解新能源强波动带给电网的电压升高、新能源消纳率不足问题，其中利用储能抑制光伏出力波动的光储联合运行系统应运而生；另一方面，需求侧灵活性资源的普及使得电力负荷资源逐渐可控，特别是电动汽车占比的增加，对其灵活性的充分应用能够减少配电网线路的扩建。
[0004]现有针对配电网规划的研究多是单方面考虑需求侧响应或者单方面考虑储能，引入配电网规划模型的经济性成本作为目标函数，通过施加需求侧响应运行约束或储能投资运行约束将两者分别纳入配电网规划，然而这类规划方法一方面多是将需求侧响应简单的划分成中断负荷和激励负荷，并未对需求侧资源如电动汽车进行灵活性量化；另一方面，这类规划方法的模型在求解时有着强非凸性，大大的增加了计算量。
[0005]基于上述问题，亟需一种新的配电网规划方法以减少配电网线路扩建并提升新能源消纳率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法及系统，可减少配电网线路的扩建并提升新能源消纳率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，包括：获取历史样本数据集；所述历史样本数据集中包括历史多天配电网的负荷与光伏出力的时序数据；对所述历史样本数据集中的时序数据进行聚类，得到多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据；根据多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据，确定配电网潮流约束；根据配电网与上级电网交换的有功功率上限值、有功功率下限值、无功功率上限
值及无功功率下限值，确定交换功率约束；根据配电网中多个电动汽车在历史多个时段的充电功率、放电功率、充电效率、放电效率及入网时的初始电量，确定电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限；根据电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限，确定电动汽车灵活性资源运行约束；根据配电网中各节点的光伏电站有功出力上限、各节点的光伏电站无功出力上限、光储联合出力的波动限值、各节点的储能容量上限、各节点的储能额定充放电功率下限、各节点的储能额定充放电功率上限及储能系统的最大充放电次数，确定光储运行约束；根据配电网线路的扩建系数、储能系统的负载系数及光伏电站的弃光系数，确定目标函数；基于所述配电网潮流约束、所述交换功率约束、所述电动汽车灵活性资源运行约束、所述光储运行约束及所述目标函数，确定配电网规划模型；对所述配电网规划模型求解，确定配电网在多个规划年的扩建线路。
[0008]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划系统，包括：历史数据获取单元，用于获取历史样本数据集；所述历史样本数据集中包括历史多天配电网的负荷与光伏出力的时序数据；聚类单元，与所述历史数据获取单元连接，用于对所述历史样本数据集中的时序数据进行聚类，得到多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据；配电网潮流约束确定单元，与所述聚类单元连接，用于根据多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据，确定配电网潮流约束；交换功率约束确定单元，用于根据配电网与上级电网交换的有功功率上限值、有功功率下限值、无功功率上限值及无功功率下限值，确定交换功率约束；电动汽车负荷量确定单元，用于根据配电网中多个电动汽车在历史多个时段的充电功率、放电功率、充电效率、放电效率及入网时的初始电量，确定电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限；电动汽车运行约束确定单元，与所述电动汽车负荷量确定单元连接，用于根据电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限，确定电动汽车灵活性资源运行约束；光储运行约束确定单元，用于根据配电网中各节点的光伏电站有功出力上限、各节点的光伏电站无功出力上限、光储联合出力的波动限值、各节点的储能容量上限、各节点的储能额定充放电功率下限、各节点的储能额定充放电功率上限及储能系统的最大充放电次数，确定光储运行约束；目标函数确定单元，用于根据配电网线路的扩建系数、储能系统的负载系数及光伏电站的弃光系数，确定目标函数；规划模型确定单元，与所述配电网潮流约束确定单元、交换功率约束确定单元、电动汽车运行约束确定单元、光储运行约束确定单元及目标函数确定单元连接，用于基于所述配电网潮流约束、所述交换功率约束、所述电动汽车灵活性资源运行约束、所述光储运行
约束及所述目标函数，确定配电网规划模型；求解单元，与所述规划模型确定单元连接，用于对所述配电网规划模型求解，确定配电网在多个规划年的扩建线路。
[0009]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：根据多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据确定配电网潮流约束，根据配电网与上级电网交换的有功功率上限值、有功功率下限值、无功功率上限值及无功功率下限值，确定交换功率约束，通过对需求侧的电动汽车进行灵活性的量化得到电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限，进而确定电动汽车灵活性资源运行约束，综合引入配电网线路的扩建系数、储能系统的负载系数及光伏电站的弃光系数，确定目标函数，将电动汽车灵活性资源运行约束和光储运行约束纳入配电网规划中，减少了配电网线路的扩建，同时提升了新能源的消纳率。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本专利技术考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法的流程图；图2为K
‑
means算法下生成的配电网96小时规划场景的一示意图；图3为K
‑
means算法下生成的配电网96小时规划场景的另一示意图；图4为一种单位电动汽车电量可行域的示意图；图5为另一种单位电动汽车电量可行域的示意图；图6为量化分析得到的电动汽车上下备用能力示意图；图7为本专利技术考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划系统的模块结构示意图。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，所述考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法包括：获取历史样本数据集；所述历史样本数据集中包括历史多天配电网的负荷与光伏出力的时序数据；对所述历史样本数据集中的时序数据进行聚类，得到多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据；根据多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据，确定配电网潮流约束；根据配电网与上级电网交换的有功功率上限值、有功功率下限值、无功功率上限值及无功功率下限值，确定交换功率约束；根据配电网中多个电动汽车在历史多个时段的充电功率、放电功率、充电效率、放电效率及入网时的初始电量，确定电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限；根据电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限，确定电动汽车灵活性资源运行约束；根据配电网中各节点的光伏电站有功出力上限、各节点的光伏电站无功出力上限、光储联合出力的波动限值、各节点的储能容量上限、各节点的储能额定充放电功率下限、各节点的储能额定充放电功率上限及储能系统的最大充放电次数，确定光储运行约束；根据配电网线路的扩建系数、储能系统的负载系数及光伏电站的弃光系数，确定目标函数；基于所述配电网潮流约束、所述交换功率约束、所述电动汽车灵活性资源运行约束、所述光储运行约束及所述目标函数，确定配电网规划模型；对所述配电网规划模型求解，确定配电网在多个规划年的扩建线路。2.根据权利要求1所述的考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，历史每天配电网的负荷与光伏出力的时序数据包括多个时段的负荷及光伏出力；所述对所述历史样本数据集中的时序数据进行聚类，得到多个典型日的负荷与光伏出力的时序数据，具体包括：采用k
‑
means算法对所述历史样本数据集中的时序数据进行聚类，得到多个典型场景数据集；各典型场景数据集中包括多个时段的负荷及光伏出力；对各典型场景数据集进行标幺化处理，得到多个典型日内各时段的负荷及光伏出力。3.根据权利要求1所述的考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，各典型日的负荷与光伏出力的时序数据包括典型日内多个时段的负荷及光伏出力；所述负荷包括有功负荷及无功负荷；所述光伏出力包括光伏有功出力及光伏无功出力；所述配电网潮流约束包括节点功率平衡约束及支路潮流约束；所述节点功率平衡约束为：；；；
；其中，P
buy,t,v
为典型日v时段t下配电网与上级交换的有功功率，P
PVess,t,v
为典型日v时段t下的光储联合有功出力，A
old
为配电网现有支路的节支关联矩阵，A
new
为配电网待新建支路的节支关联矩阵，为典型日v时段t下配电网现有支路的有功功率，为典型日v时段t下配电网待新建支路的有功功率，P
load,t,v
为典型日v时段t下的有功负荷，P
down,t,v
为典型日v时段t下的下调负荷功率，P
up,t,v
为典型日v时段t下的上调负荷功率，P
PV,t,v
为典型日v时段t下的光伏有功出力，P
ess,t,v
典型日v时段t下的储能有功出力；Q
buy,t,v
为典型日v时段t下配电网与上级交换的无功功率，Q
PVess,t,v
为典型日v时段t下的光储无功注入量，为典型日v时段t下配电网现有支路的无功功率，为典型日v时段t下配电网待新建支路的无功功率，Q
load,t,v
为典型日v时段t下的无功负荷，Q
PV,t,v
为典型日v时段t下的光伏无功出力，Q
ess,t,v
为典型日v时段t下的储能无功出力；所述支路潮流约束为：；；；其中，r(j)为配电网中以j为尾节点的首节点集合，P
ij,t,v
为典型日v时段t下配电网支路ij的有功功率，Q
ij,t,v
为典型日v时段t下配电网支路ij的无功功率，U
i,t,v
为典型日v时段t下节点i的电压，r
ij
为支路ij的电阻，P
j,t,v
为典型日v时段t下节点j的有功注入功率，s(j)为配电网中以j为首节点的尾节点集合，P
jk,t,v
为典型日v时段t下配电网支路jk的有功功率，x
ij
为支路ij的电抗，Q
j,t,v
为典型日v时段t下节点j的无功注入功率，Q
jk,t,v
为典型日v时段t下配电网支路jk的无功功率，I
ij,t,v
为典型日v时段t下支路ij上的电流。4.根据权利要求1所述的考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，所述交换功率约束为：；；其中，P
buy,t,v
为典型日v时段t下配电网与上级电网交换的有功功率，Q
buy,t,v
为典型日v时段t下配电网与上级电网交换的无功功率，为配电网与上级电网交换的有功功率下限值，为配电网与上级电网交换的有功功率上限值，为配电网与上级电网交
换的无功功率下限值，配电网与上级电网交换的无功功率上限值。5.根据权利要求1所述的考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，所述根据配电网中多个电动汽车在历史多个时段的充电功率、放电功率、充电效率、放电效率及入网时的初始电量，确定电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限，具体包括：针对任一电动汽车，根据所述电动汽车在历史任一时段的充电功率、放电功率、充电效率及放电效率，确定所述电动汽车在对应时段的充放电功率；根据各电动汽车入网时的初始电量以及在各时段的充放电功率，确定电动汽车灵活性资源各时段的下调负荷量上限及上调负荷量上限。6.根据权利要求1所述的考虑电动汽车灵活性和光伏接入的配电网规划方法，其特征在于，所述电动汽车灵活性资源运行约束为：；；；；；其中，为典型日v时段t节点i的灵活性负荷下调负荷状态，为典型日v时段t节点i的灵活性负荷上调负荷状态，P
down,t,v,i
为典型日v时段t节点i的下调负荷量，为典型日v时段t节点i的下调负荷量上限，各节点的下调负荷量上限相同，P
up,t,v,i
为典型日v时段t节点i的上调负荷量，为典型日v时段t节点i的上调负荷量上限，各节点的上调负荷量上限相同，为灵活性负荷下调负荷的最大连续下调时间，为灵活性负荷上调负荷的最大连续上调时间，T为一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊杰，张展宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：