一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，包括以下步骤：设定电力网络和交通网络参数，建立电力交通耦合网络，生成初始节点边际电价和交通流分布；根据当前节点边际电价，基于动态用户均衡更新交通流分布；然后根据当前更新后的交通流分布，基于直流最优潮流模型更新节点边际电价；分别计算最新节点边际电价和交通流分布与上一次节点边际电价和交通流分布的相对误差，若两个相对误差均小于给定阈值，则停止迭代，否则重复迭代；获取电力交通耦合网络在动态均衡下的仿真结果。本发明专利技术可以求解电力交通耦合网络的动态均衡，获得更加真实的电力潮流和交通流的联合时空分布、电动汽车充电需求的时空分布以及交通网络的拥挤和排队情况。网络的拥挤和排队情况。网络的拥挤和排队情况。

【技术实现步骤摘要】
一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法


[0001]本专利技术涉及电力交通耦合网络建模仿真领域，特别是涉及一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法。

技术介绍

[0002]为应对能源危急响，应减碳减排号召，电动汽车渗透率快速增长，并将逐渐取代传统的燃油车。电动汽车既是电力网络的关键服务对象，同时也是交通网络的重要运输载体，其灵活的充电行为使得两个网络组成电力交通耦合网络。建模仿真电力交通耦合网络在动态均衡下的态势，可以准确把握电力网络和交通网络的耦合动态特征，对电力交通耦合网络的规划设计和资源调度具有重要意义。
[0003]现有的研究集中于电力交通耦合网络静态用户均衡建模仿真，未能充分考虑电价波动机制与电动汽车充电决策之间的动态交互影响，缺少显式的路段和充电站排队模型，无法准确反映电力潮流和交通流的联合时空分布、电动汽车充电需求的时空分布以及交通网络的拥挤和排队情况等动态特征。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，以获得更加真实的电力交通耦合网络动态特征。
[0005]为达到上述预期效果，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，设定电力网络和交通网络参数，所述电力网络和交通网络参数包括网络拓扑结构、发电机容量、馈线容量、基础负荷、发电成本系数、路段容量、充电站容量、交通需求OD矩阵、电动汽车渗透率、充电功率、时间成本系数，建立电力交通耦合网络，生成初始节点边际电价和交通流分布；
[0008]步骤二，根据当前节点边际电价，基于动态用户均衡更新交通流分布；然后根据当前更新后的交通流分布，基于直流最优潮流模型更新节点边际电价；
[0009]步骤三，分别计算最新节点边际电价和交通流分布与上一次节点边际电价和交通流分布的相对误差，若两个相对误差均小于给定阈值，则停止迭代，否则重复步骤二和步骤三；
[0010]步骤四，获取电力交通耦合网络在动态均衡下的仿真结果。
[0011]进一步地，所述步骤一中建立的电力交通耦合网络，包括基于直流最优潮流模型的电力网络和基于动态用户均衡的交通网络。
[0012]进一步地，所述基于动态用户均衡的交通网络，包括路段点排队模型、充电站点排队模型和路口分流模型：
[0013]进一步地，所述步骤一中的生成初始节点边际电价和交通流分布，包括：
[0014]所述电力网络的初始节点边际电价在各电力节点均为主网购电成本系数，有γ
c,0
＝b0；
[0015]所述交通网络的初始交通流分布，将燃油车和电动汽车的每组交通需求都均分到其起点和终点之间每条可选路径上，得到所述交通网络的初始交通流分布
[0016]进一步地，所述步骤二中，根据当前节点边际电价基于动态用户均衡更新交通流分布，包括：
[0017]将当前第k次迭代后的节点边际电价γ
c,k
代入各充电站中，得到电动汽车用户的所述充电成本θ
q
(t)，进而得到总成本矩阵
[0018]求解最小范数投影问题，将当前第k次迭代后的交通流分布更新为第k+1次迭代后的
[0019][0020]其中‖
·
‖为2
‑
范数算符，α为更新步长。
[0021]进一步地，所述步骤二中，根据当前更新后的交通流分布，基于直流最优潮流模型更新节点边际电价，包括：
[0022]将当前第k+1次迭代后的交通流分布代入所述交通网络，得到各充电站接受充电服务的电动汽车数量再根据所述动态耦合约束得到各电力节点的充电负荷P
ich
(t)和节点负荷P
i
(t)；
[0023]将所述节点负荷P
i
(t)代入所述直流最优潮流模型优化求解，提取各充电站所在电力节点的所述节点功率平衡约束的对偶变量组成对偶变量矩阵λ
k+1
；
[0024]将当前第k次迭代后的节点边际电价γ
c,k
更新为第k+1次迭代后的节点边际电价γ
c,k+1
。
[0025]进一步地，所述步骤三中，分别计算最新节点边际电价和交通流分布与上一次节点边际电价和交通流分布的相对误差，具体为：将利用均方相对误差分别计算所述节点边际电价相对误差和所述交通流分布相对误差：
[0026][0027][0028]其中e
E
和e
H
分别为所述节点边际电价相对误差和所述交通流分布相对误差。
[0029]进一步地，所述步骤四，具体为：
[0030]所述电力交通耦合网络的动态均衡代表所述节点边际电价和交通流分布在相互作用的情况下均达到收敛，满足e
E
≤ε
E
和e
H
≤ε
H
，ε
E
和ε
H
分别为所述节点边际电价和交通流分布的收敛阈值；
[0031]所述仿真结果包括：电力潮流和交通流的联合时空分布、电动汽车充电需求的时空分布以及交通网络的拥挤和排队情况。
[0032]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0033]本专利技术构建的电力交通耦合网络包括基于直流最优潮流模型的电力网络和基于
动态用户均衡的交通网络，交通网络中包括路段点排队模型、充电站点排队模型和路口分流模型。考虑电价波动机制与电动汽车充电决策之间的动态交互影响，求解电力交通耦合网络的动态均衡，仿真结果包括电力潮流和交通流的联合时空分布、电动汽车充电需求的时空分布以及交通网络的拥挤和排队情况等动态耦合特征，充分反映电力网络和交通网络在耦合情况下的真实动态特性，可以辅助决策电力交通耦合网络的规划设计、资源配置和运行调度。
附图说明
[0034]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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0035]图1为一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法流程示意图；
[0036]图2为电力交通耦合网络示意图；
[0037]图3为示例性实施例中的电力交通耦合网络示意图；
[0038]图4为带充电站的交通网拓扑结构示意图；
[0039]图5为路段点排队模型示意图；
[0040]图6为充电站点排队模型示意图；
[0041]图7为示例性实施例中的路段(10,11)的进出、排队流量分布示意图；
[0042]图8为示例性实施例中的充电站1的进出、排队、充电流量分布示意图；
[0043]图9为充电站1的充电功率和节点边际电价示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，设定电力网络和交通网络参数，所述电力网络和交通网络参数包括网络拓扑结构、发电机容量、馈线容量、基础负荷、发电成本系数、路段容量、充电站容量、交通需求OD矩阵、电动汽车渗透率、充电功率、时间成本系数，建立电力交通耦合网络，生成初始节点边际电价和交通流分布；步骤二，根据当前节点边际电价，基于动态用户均衡更新交通流分布；然后根据当前更新后的交通流分布，基于直流最优潮流模型更新节点边际电价；步骤三，分别计算最新节点边际电价和交通流分布与上一次节点边际电价和交通流分布的相对误差，若两个相对误差均小于给定阈值，则停止迭代，否则重复步骤二和步骤三；步骤四，获取电力交通耦合网络在动态均衡下的仿真结果。2.根据权利要求1所述电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，所述步骤一中建立的电力交通耦合网络，包括基于直流最优潮流模型的电力网络和基于动态用户均衡的交通网络。3.根据权利要求2所述电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，所述基于直流最优潮流模型的电力网络，目标函数为：其中是所述电力网络的总成本，a
i
和b
i
为电力节点i的二次和一次发电成本系数，b0为主网购电成本系数，P
iG
(t)为电力节点i在t时刻的发电功率，P
0G
(t)为t时刻从主网输入的功率，N
t
为时间步总数，为电力网络节点数。4.根据权利要求3所述电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，所述目标函数的约束条件为：节点功率平衡约束：线路潮流约束：发电容量约束：线路容量约束：功角约束：其中P
i
(t)为电力节点i在t时刻的负荷，P
iPV
(t)为电力节点i在t时刻的光伏发电功率，P
iWT
(t)为电力节点i在t时刻的风轮机发电功率，P
ij
(t)为t时刻从电力节点i到电力节点j传输的功率，σ(i)为电力节点i的相邻节点集合，δ
i
(t)为电力节点i在t时刻的功角，X
ij
为电力
节点i和电力节点j之间馈线的电抗，为电力节点i的发电功率上限，为电力节点i和电力节点j之间馈线的功率传输上限，为功角上限。5.根据权利要求2所述电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，所述基于动态用户均衡的交通网络，包括路段点排队模型、充电站点排队模型和路口分流模型：利用所述路段点排队模型建模路段上的车辆运动过程，计算路段通行耗时和路段驶出时间函数：时间函数：时间函数：ξ
ij
(t)＝t+ζ
ij
(t)其中从交通路口i到交通路口j的路段记为路段ij，Δt为时间步长，S
ij
(t)为t时刻路段ij上排队等候通行的车辆数，为t时刻驶入路段ij的车辆数，为t时刻驶出路段ij的车辆数，τ
ij
为路段ij在无拥堵情况下的通行耗时，ζ
ij
(t)为t时刻驶入路段ij所需的通行耗时，包括行驶耗时和排队耗时，C
ij
为路段ij单位时间步的最大通行车辆数,ξ
ij
(t)定义为路段驶出时间函数，代表t时刻驶入路段ij的车辆驶出路段ij的时间；利用所述充电站点排队模型建模充电站内的排队服务过程，计算充电站耗时和充电站驶出时间函数：驶出时间函数：驶出时间函数：驶出时间函数：驶出时间函数：驶出时间函数：其中位于交通路口j的充电站记为充电站j，为t时刻充电站j内排队等待充电的车辆数，为t时刻驶入充电站j的车辆数，为t时刻在充电站j开始充电的车辆数，为t时刻在充电站j完成充电并驶出的车辆数，为充电站j内的充电桩数，为t时刻充电站j内正在充电的车辆数，τ
ch
为单次充电所需时间，为t时刻驶入充
电站j到完成充电所需的充电站耗时，包括排队时间和充电时间,定义为充电站驶出时间函数，代表t时刻驶入充电站j的车辆完成服务驶出充电站j的时间；利用所述路口分流模型将汇入路口的流量按照先进先出的原则分配到对应的路段上：利用所述路口分流模型将汇入路口的流量按照先进先出的原则分配到对应的路段上：其中路段ki是路径ij的上游路段，和分别为和中属于路径w的车辆数，ξ
ki
(t)为路段ki的路段驶出时间函数。6.根据权利要求2所述电力交通耦合网络的动态均衡建模仿真方法，其特征在于，所述基于动态用户均衡的交通网络，将分别计算燃油车用户和电动汽车用户的总成本，包括：嵌套所述路段驶出时间函数得到燃油车用户t时刻选择路径p的抵达终点时间和通行耗时成本，嵌套所述路段驶出时间函数和所述充电驶出时间函数得到燃油车用户t时刻选择路径w的抵达终点时间和通行耗时成本：择路径w的抵达终点时间和通行耗时成本：其中表示函数嵌套ξ
bc
[ξ
ab
(t)]，路径p为i
→
k
→
t
→…→
m
→
n
→
j，路径q为γ
t
为时间成本系数，代表燃油车用户t时刻选择路径p抵达终点的时间，通行耗时成本为t时刻选择路径p抵达终点的时间，通行耗时成本为代表电动汽车用户t时刻选择路径q抵达终点的时间，通行耗时成本为分别计算燃油车用户和电动汽车用户在t时刻出发选择路径p和路径q的不准时成本：分别计算燃油车用户和电动汽车用户在t时刻出发选择路径p和路径q的不准时成本...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，陈源奕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：