一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，包括如下步骤：S1，建立线损灵敏度矩阵；S2，建立线损预测模型；S3，采用MPC滚动优化模型使电动汽车充电站变流设备操作成本与配电网损耗最小；S4,在新一轮线损优化控制前，根据优化结果，更新线损灵敏度矩阵，并且对损预测模型进行修正。本发明专利技术通过调控电动汽车充电站变流设备的有功、无功传输功率，在保证电动汽车充电的同时，对配网线损进行滚动优化，并在优化过程中校正预测模型偏差。模型偏差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法


[0001]本专利技术涉及一种用于电动汽车车联网与电网优化领域的基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，电动汽车充电站V2G技术凭借功率连续可控、控制方式灵活的特点被广泛应用到主动配电网中。电动汽车充电站变流设备作为一种电力电子器件，实时传输功率高度可控，采用模型预测控制(Model Predict ive Control，MPC)进行控制能取得较好的优化效果。作为一种全控型电力电子装置，V2G型电动汽车充电站可以替代配电网中部分传统联络开关，对所连馈线的有功和无功功率准确、快速、灵活控制，实现优化主动配电网电压的功能。然而基于V2G型电动汽车充电站的线损优化过程存在外部条件不确定、控制结果非线性等问题，现有方法无法很好地感知外部线损状况，实现优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，通过调控电动汽车充电站变流设备的有功、无功传输功率，在保证电动汽车充电的同时，对配网线损进行滚动优化，并在优化过程中校正预测模型偏差。
[0004]实现上述目的的一种技术方案是：一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，包括如下步骤：
[0005]S1，建立线损灵敏度矩阵；
[0006]S2，建立线损预测模型；
[0007]S3，采用MPC滚动优化模型使电动汽车充电站变流设备操作成本与配电网损耗最小；
[0008]S4,在新一轮线损优化控制前，根据优化结果，更新线损灵敏度矩阵，并且对损预测模型进行修正。
[0009]进一步的，S1的具体方法为：
[0010]为了建立优化问题控制变量Δu与损耗P
loss
之间的预测模型，需要引入灵敏度矩阵对节点注入功率改变造成的电压以及线损变化，建立线性预测模型，配网电力线路上的有功功率损耗如式(1)所示，
[0011][0012]其中R
j
、P
j
、Q
j
分别是线路的电阻与流经线路的有无功功率，U
j
是线路电压，近似取线路上游节点电压，T是配网线路的集合；
[0013]节点电压在微小的功率扰动下可近似看作一个不变的量，将公式(1)进行一阶泰勒展开后，可以得到有功线损变化量如式(2)所示，
[0014][0015]ΔP
loss
是配网损耗变化量，ΔP、ΔQ是对节点注入有功功率与无功功率，是线损对有功功率、无功功率变化的灵敏度，仅用馈线电压及配网阻抗有关的量进行求取，如式(3)、式(4)所示，
[0016][0017][0018]M
ilpath
表示节点i所在馈线支路节点的集合。
[0019]进一步的，S2的具体方法为：
[0020]建立电网线损预测模型，在k时刻对电动汽车充电站变流设备传输功率改变后未来k+i时刻的配电网电压与线损值进行预测，将损耗预测模型在k时刻的控制变量记为Δu(k)＝[ΔP(k),ΔQ
n
(k),ΔQ
m
(k)]，其中ΔP(k)，ΔQ
n
(k)与ΔQ
m
(k)分别表示电动汽车充电站变流设备的有功传输功率与两端的无功传输功率，线损的预测模型如下所示，
[0021][0022]为配网损耗对控制变量的灵敏度矩阵，
[0023][0024]式中i＝1,
…
,N
p
‑
1，N
p
表示预测步长；P
loss
(k)表示k时刻的配电网损耗，每15分钟通过上级通信得到；P
loss
(k+i|k)表示k时刻预测未来k+i时刻损耗值；Δu(k+i|k)表示k时刻预测未来k+i时刻的控制变量增值，是预测控制模型的控制变量。
[0025]进一步的，S3的具体方法为：
[0026]滚动优化过程中，在保证两端节点电压满足运行要求的前提下，使电动汽车充电站变流设备操作成本与配电网损耗最小，以长时间尺度优化结果为基础，建立基于模型预测控制的实时优化目标函数如式(7)所示，
[0027][0028]式中ΔP
ope
与ΔP
loss
分别为操作成本与损耗成本，α为线损系数；
[0029]基于MPC的电压优化模型，能够同时考虑节点注入有功功率ΔP与无功功率ΔQ对配网运行状态的影响，将电动汽车充电站变流设备的有无功传输功率作为控制变量Δu如式(8)所示，
[0030]Δu
i
＝[ΔP
i ΔQ
m,i ΔQ
n,i
] (8)
[0031]优化目标函数中的操作成本ΔP
ope
与损耗成本ΔP
loss
如下所示。
[0032][0033][0034]式中：P
p
、P
q
、P
l
分别是通过调节电动汽车充电站变流设备有功和无功的控制成本和线损的损耗成本，由于电动汽车充电站变流设备的效率较高，假设有P
l
>P
p
＝P
q
的关系；
[0035]为了保证电动汽车充电站变流设备两端节点电压运行在最优范围，根据节点所处的不同状态，采取不同的控制策略，通过控制目标函数中线损系数α的值实现控制措施的切换，电压偏差V
dev
较大时线损系数将减小，降低目标函数中线损项的权重，如式(11)所示，
[0036][0037]通过增加电压上下限约束V
min
与V
max
，实现对电动汽车充电站变流设备两端节点电压优化，如式(12)所示，
[0038]V
min
(k+i)≤V(k+i|k)≤V
max
(k+i) (12)
[0039]考虑电动汽车充电站变流设备的运行状态限制与最大容量S
max
以及有无功出力上限P
max
、Q
max
，对电动汽车充电站变流设备的传输功率约束如下所示，
[0040][0041][0042]本专利技术针对主动配电网实时电压优化问题，以电动汽车充电站变流设备传输功率为控制对象，在发生配网运行情况变化时能主动改变控制策略，保证优化效果。相比于现有的技术方案，本专利技术的优点如下：
[0043]1.引入电动汽车充电站变流设备对配网进行线损优化，功率连续可控、控制方式灵活，实现对所连馈线的有功和无功功率准确、快速、灵活控制。
[0044]2.在优化过程中只需采集电动汽车充电站变流设备两端节点电气信息，通过优化关键节点电压，实现对配网电压的快速、实时优化控制，提升全局电压质量；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立线损灵敏度矩阵；S2，建立线损预测模型；S3，采用MPC滚动优化模型使电动汽车充电站变流设备操作成本与配电网损耗最小；S4,在新一轮线损优化控制前，根据优化结果，更新线损灵敏度矩阵，并且对损预测模型进行修正。2.根据权利要求1所述的一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，其特征在于，S1的具体方法为：为了建立优化问题控制变量Δu与损耗P
loss
之间的预测模型，需要引入灵敏度矩阵对节点注入功率改变造成的电压以及线损变化，建立线性预测模型，配网电力线路上的有功功率损耗如式(1)所示，其中R
j
、P
j
、Q
j
分别是线路的电阻与流经线路的有无功功率，U
j
是线路电压，近似取线路上游节点电压，T是配网线路的集合；节点电压在微小的功率扰动下可近似看作一个不变的量，将公式(1)进行一阶泰勒展开后，可以得到有功线损变化量如式(2)所示，ΔP
loss
是配网损耗变化量，ΔP、ΔQ是对节点注入有功功率与无功功率，是线损对有功功率、无功功率变化的灵敏度，仅用馈线电压及配网阻抗有关的量进行求取，如式(3)、式(4)所示，阻抗有关的量进行求取，如式(3)、式(4)所示，M
ilpath
表示节点i所在馈线支路节点的集合。3.根据权利要求1所述的一种基于电动汽车柔性互动主动配电网线损实时优化方法，其特征在于，S2的具体方法为：建立电网线损预测模型，在k时刻对电动汽车充电站变流设备传输功率改变后未来k+i时刻的配电网电压与线损值进行预测，将损耗预测模型在k时刻的控制变量记为Δu(k)＝[ΔP(k),ΔQ
n
(k),ΔQ
m
(k)]，其中ΔP(k)，ΔQ
n
(k)与ΔQ
m
(k)分别表示电动汽车充电站变流设备的有功传输功率与两端的无功传输功率，线损的预测模型如下所示，设备的有功传输功率与两端的无功传输功率，线损的预测模型如下所示，为配网损耗对控制变量的灵敏度矩阵，
式中i＝1,...,N
p
‑
1，N
p
表示预测步长；P
loss
(k)表示k时刻的配电网损耗，每15分钟通过上级通...

【专利技术属性】
技术研发人员：段若晨，宗明，邓孟华，钱军，顾皓亮，陆超，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：