考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，包括以下步骤：S1，采用分析法建立调压站的天然气压力能发电模型；S2，在压力能发电量供应下，结合电动汽车电池充电站的电能分配，建立电能转移的集中调度模型；S3，根据换电站的地理位置，电池需求数量以及时间窗信息建立配送车配送路径规划模型。通过上述设计，本发明专利技术提供的天然气压力能供应的BCS发电

【技术实现步骤摘要】
考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法


[0001]本专利技术属于电动汽车充电设施优化规划
，具体地说，是涉及一种考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法。

技术介绍

[0002]城市地下的高压管网输送有大量的天然气，其中蕴含着丰富的可再生能源：压力能。在高压管网内的天然气被降压然后送入低压输气管道的过程中，大量的压力能在现有的节流阀的降压方式下流失了。例如，将流量为5
×
105m3的4MPa高压燃气节流减压至0.4MPa，将浪费约101.7MJ/h的压力能。为提高城市清洁能源利用水平，国内外相关专家与学者对天然气压力能发电技术展开了研究。现有技术通过单螺杆膨胀机对燃气压力进行调节，利用分析法对压力能发电能力进行评估。还有将天然气调压时释放的压力能和低品位余热联合，组成综合发电系统并利用多目标优化方法提高压力能发电能力。此外利用锅炉、热泵等设备对调压前的天然气进行预热减少了气体水合物的形成，提高了压力能回收率。
[0003]上述方法推动了天然气压力能发电技术的进步，但大、小、微型压力能发电项目受到短时燃气流量波动的影响，使其缺乏光伏、风力等间歇性能源发电的稳定性，同时城市调压站布局分散，站内天然气经多级调压，使得发电规模较小，因此，探究新的天然气压力能应用场景，提高管网压力能利用率具有重要研究意义。
[0004]电动汽车作为应对化石能源短缺，减少碳排放的战略新兴产业，显示出蓬勃的发展态势。但与燃油车的加油速度相比，电动汽车的充电时间显得非常漫长。因此，能够快速给电动汽车换上满电量电池的换电站受到不间断通勤者的青睐。但随着城市换电池需求的增长，换电站的电池库存量出现缺口，因此，规划新的换电站或者更换充电功率更大的电池充电机是有必要的。建设新的换电站可以填补换电需求的缺口，但高昂的土地成本令人难以接受。相对而言，增大充电机的功率显得更为经济，但高充电功率受到输电线路和变压器容量的限制。
[0005]利用光伏为换电站供应电能是一条可行的思路。这一方案在消纳可再生能源的同时，为换电站提供电能。但是，光伏发电非常依赖光照强度，天气变化使得光伏发电具有较大的间歇性。更重要的是，不是每个城市都有优秀的光照条件。天气条件为风力和光伏的发电带来许多限制。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，主要解决天然气调压站的小规模发电的消纳问题，缓解电动汽车换电站的需求压力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，包括以下步骤：
[0009]S1，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的上层架构：采用分析法建立调压站的天然气压力能发电模型；
[0010]S2，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的中层架构：在压力能发电量供应下，结合电动汽车电池充电站的电能分配，建立电能转移的集中调度模型；
[0011]S3，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的下层架构：根据换电站的地理位置，电池需求数量以及时间窗信息建立配送车配送路径规划模型；
[0012]S4，根据配送车配送路径规划模型得到换电站的最优规划方案，实现电动汽车电池充电站对电动汽车电池的优化调度，并在电动汽车电池充电站的综合评估指标体系的指导下，筛选出最适合的BCS建站位置。
[0013]进一步地，在本专利技术中，在步骤S1中，将天然气的管网视作一个开口系统，在天然气的调压过程中产生的比焓为：
[0014][0015]其中，h和h0分别表示天然气调压前/后的比焓，单位为J/kg；T和T0分别为天然气调压前/后的温度，单位为K；c
p
表示天然气的比定压热容，单位为J/(kg
·
K)；R
g
为天然气的气体常数，单位为J(kg
·
K)；P和P0分别表示天然气的调压前/后压力，单位为MPa；
[0016]式(1)中的比焓由比流e
T
和比势能e
p
组成：
[0017][0018][0019]在调压过程中，天然气的势能率P
r
受比势能e
p
的值影响：
[0020]P
r
＝e
p
q
v
ρ
g
ꢀꢀ
(4)
[0021]其中，P
r
表示势能率，单位为kW；q
v
表示标准状态下天然气的体积流量，单位为m3/s；ρ
g
表示标准状态下的天然气密度，单位为kg/m3；
[0022]最后，调压站的发电功率P
e
的计算方式是：
[0023]P
e
＝η
r
P
r
ꢀꢀ
(5)
[0024]式中P
e
为调压站产生的发电功率，单位为kW；η
r
表示压力能发电的效率。
[0025]进一步地，在本专利技术中，在步骤S2的集中调度模型建立中，首先进行调度预处理：
[0026]S2.1，在对配送车进行集中调度之前，需要获取配送车的返回数量、返回时间和电量信息；
[0027]S2.2，按照配送车的任务划分，将配送车分为充电组R
C
和运输组R
UNC
；其中：
[0028][0029][0030]K1+K2＝K
ꢀꢀ
(8)
[0031]其中，分别表示充电组和运输组配送车的电量信息，K1表示充电组R
C
中的配送车的数量，K2表示充电组R
UNC
的配送车的数量，K为电动汽车电池充电站的配送车数量；
[0032]S2.3，将一天划分为N个时隙，一个时隙长度为T
P
，在第n个时隙内，设运输组R
UNC
中有K
n
辆配送车完成运输任务返回电动汽车电池充电站；则有：
[0033][0034][0035]其中，表示第k辆配送车返回电动汽车电池充电站的时间；S表示配送车k的一段配送路径，单位为m；v
k
表示配送车k的行驶速度，单位m/s；U表示总路径数量；表示第k辆配送车从电动汽车电池充电站的出发时间；
[0036]S2.4，计算第k辆配送车返回时的电量信息：
[0037][0038]其中，表示第k辆配送车返回电动汽车电池充电站时的电量信息；ξ表示百公里耗电量，单位为KWH；表示配送车电池容量，单位为KWH；
[0039]S2.5，将K
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的上层架构：采用分析法建立调压站的天然气压力能发电模型；S2，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的中层架构：在压力能发电量供应下，结合电动汽车电池充电站的电能分配，建立电能转移的集中调度模型；S3，构建天然气压力能供应的电动汽车电池充电站发电
‑
充电
‑
配送架构的下层架构：根据换电站的地理位置，电池需求数量以及时间窗信息建立配送车配送路径规划模型；S4，根据配送车配送路径规划模型得到换电站的最优规划方案，实现电动汽车电池充电站对电动汽车电池的优化调度，并在电动汽车电池充电站的综合评估指标体系的指导下，筛选出最适合的BCS建站位置。2.根据权利要求1所述的考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，其特征在于，在步骤S1中，将天然气的管网视作一个开口系统，在天然气的调压过程中产生的比焓为：其中，h和h0分别表示天然气调压前/后的比焓，单位为J/kg；T和T0分别为天然气调压前/后的温度，单位为K；c
p
表示天然气的比定压热容，单位为J/(kg
·
K)；R
g
为天然气的气体常数，单位为J(kg
·
K)；P和P0分别表示天然气的调压前/后压力，单位为MPa；式(1)中的比焓由比流和比势能组成：组成：在调压过程中，天然气的势能率P
r
受比势能的值影响：P
r
＝e
p
q
v
ρ
g
(4)其中，P
r
表示势能率，单位为kW；q
v
表示标准状态下天然气的体积流量，单位为m3/s；ρ
g
表示标准状态下的天然气密度，单位为kg/m3；最后，调压站的发电功率P
e
的计算方式是：P
e
＝η
r
P
r
(5)式中P
e
为调压站产生的发电功率，单位为kW；η
r
表示压力能发电的效率。3.根据权利要求2所述的考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，其特征在于，在步骤S2的集中调度模型建立中，首先进行调度预处理：S2.1，在对配送车进行集中调度之前，需要获取配送车的返回数量、返回时间和电量信息；S2.2，按照配送车的任务划分，将配送车分为充电组R
C
和运输组R
UNC
；其中：
K1+K2＝K
ꢀꢀ
(8)其中，分别表示充电组和运输组配送车的电量信息，K1表示充电组R
C
中的配送车的数量，K2表示充电组R
UNC
的配送车的数量，K为电动汽车电池充电站的配送车数量；S2.3，将一天划分为N个时隙，一个时隙长度为T
P
，在第n个时隙内，设运输组R
UNC
中有K
n
辆配送车完成运输任务返回电动汽车电池充电站；则有：辆配送车完成运输任务返回电动汽车电池充电站；则有：其中，表示第k辆配送车返回电动汽车电池充电站的时间；S表示配送车k的一段配送路径，单位为m；v
k
表示配送车k的行驶速度，单位m/s；U表示总路径数量；表示第k辆配送车从电动汽车电池充电站的出发时间；S2.4，计算第k辆配送车返回时的电量信息：其中，表示第k辆配送车返回电动汽车电池充电站时的电量信息；ξ表示百公里耗电量，单位为KWH；表示配送车电池容量，单位为KWH；S2.5，将K
n
辆配送车的返回时的电量信息加入到充电组R
C
中，得到新的充电组R
C，V
；同时将对应的电量信息从运输组R
UNC
中删除，得到新的运输组R
UNC，V
；其中：K
1，v
＝K1+K
n (12)K
2，v
＝K2‑
K
n (13)(13)其中，K
1，v
表示更新的运输组配送车数量，K
2，v
表示更新的充电组的配送车数量；S2.6，建立返回时间矩阵T
C，V
：在该矩阵中，前K1辆配送车是电动汽车电池充电站原有的，其返回时间均为0；S2.7，根据电动汽车电池充电站内配送车的电量信息、R
C，V
和返回时间矩阵T
C，V
后，充电桩确定配送车的充电顺序和充电时长，并以吸收最多的压力能的发电量为目标建立目标函数；S2.8，确定目标函数的约束条件：包括每辆配送车的充电时长约束、每辆配送车的充电
次数约束、每个充电桩的充电时长约束和充电功率约束；S2.9，在经过目标函数的集中调度后，更新R
C，V
中配送车在充电后的电量信息，统计R
C，V
中充满电的配送车数量。4.根据权利要求3所述的考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，其特征在于，在步骤S2.7中，目标函数的建立包括：计算R
C，V
中第k辆配送车电量充满所需时间中第k辆配送车电量充满所需时间其中，P
v
表示充电桩功率，η
c
表示充电效率；以吸收最多的压力能的发电量为目标：其中，c
k，l
表示充电关系，c
k，l
＝1表示配送车k在充电桩l充电，c
k，l
＝0表示不充电；t
k
表示充电时长，是一个连续变量。5.根据权利要求4所述的考虑天然气压力能消纳供电的集中充电站运行与规划方法，其特征在于，在步骤S2.8中，每辆配送车的充电时长约束为：每辆配送车的充电次数约束为：每个充电桩的充电时长约束为：充电功率约束为：μ
v
p
v+
μ
b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：向月，王晏亮，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：