基于电动汽车充电配置的片区配电网负荷预测方法与流程

本发明涉及片区配电网规划领域，具体地说是一种基于电动汽车充电配置的片区配电网负荷预测方法。

背景技术：

电动汽车是在致力于解决环境污染和能源危机的背景下出现的一种发展前景广阔的绿色交通工具，电动汽车不像传统意义上的汽车一样燃烧化石燃料，而是以电力为动力来源，大大降低了污染物的排放，是解决能源和环境问题的重要手段。我们国家对电动汽车及其充电设施的发展提出了很多刺激政策，鼓励电动汽车的使用和充电设施的建设。工信部《电动汽车发展战略研究报告》预测，2030年全国电动汽车保有量将达到6000万辆。随着电动汽车的推广应用，电动汽车充电设施亟需完善。因而在片区的配电网规划中考虑充电负荷实属必要。

现在实行的片区配电网规划一般基于片区市政控制性详细规划(简称控规)，控规对片区的土地使用性质、用地面积、容积率等基本内容进行控制。负荷预测则根据控规中包含的地块性质计算，一般包括文化设施、市政设施、办公、商业及住宅用电。显然在规划中负荷的预测并没有考虑电动汽车充电负荷。随着电动汽车的推广应用，充电负荷将会对电网产生重要影响。如何在片区配电网规划中将电动汽车充电负荷考虑其中亟待解决。而如何将电动汽车负荷合理有序的接入配电网中是我们需要探讨的问题。目前，国内外学者在电动汽车有序充电问题上做了一系列研究，然而并没将其与片区配电网规划相联系，且没有从需求侧和供应侧共同考虑充电负荷的接入。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了基于电动汽车充电配置的片区配电网负荷预测方法，在分析电动汽车充电行为的基础上，提出考虑电动汽车的充电功率、充电时间、充电方式以及变压器可用容量等约束条件的充电管理模式。

本发明采用以下技术方案：基于电动汽车充电配置的片区配电网负荷预测方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤1：根据片区市政控制性详细规划，对片区的土地使用性质、用地面积、容积率等基本内容进行控制，得到片区负荷预测；

步骤2：根据各类电动汽车的数量和充电需求，得到片区电动汽车负荷预测；

步骤3：搭建包含电动汽车充电负荷的片区配电网规划负荷预测模型，提出电动汽车充电管理加权费用和阶梯电价的负荷均衡引导模式。

进一步的，步骤1的具体实现方式为：

获取片区建设强度图；

识别片区控规相关参数，进行负荷预测，

进一步的，负荷预测的具体过程为：

1)利用公式W_z＝A×R×m₀×K_j×K_r×K_y……计算子地块的负荷，其中，W_z为子地块负荷(W)，A为子地块用地面积(m2)，R为容积率，m₀为单位负荷密度(W/m2)，K_j为建成率(％)，K_r为入住率(％)，K_y为子地块内用户的用电同时率(％)；

2)利用公式W_f＝(∑W_z)×K_z……计算分地块的负荷，其中，W_f为分地块负荷(W)，K_z为子地块负荷同时率(％)；

3)利用公式W_p＝(∑W_f)×K_f/10⁶……计算片区负荷，其中，W_p为片区负荷(MW)，K_f为各个分地块的用电同时率(％)；

4)利用公式S_p＝W_p×R_s……计算片区所需变电容量，其中，S_p为片区所需变电容量(MVA)，R_s为容载比(MVA/MW)。

进一步的，步骤2的具体实现过程为：

1)计算片区电动汽车公共充电总需求W_G＝GC×K_GC+SC×K_SC+JC×K_JC+LC×K_LC+CC×K_CC；

2)计算片区电动汽车私人充电总需求

3)计算片区电动汽车总负荷W_C＝W_G+W_S；

其中，W_c为片区电动汽车总负荷(MW)；W_G为片区电动汽车公共充电总需求；W_S为片区电动汽车私人充电总需求；GC为公务车总需求(MW)；K_GC为公务车公共需求比例(％)；SC为私家车总需求(MW)；K_SC为私家车公共需求比例(％)；JC为公交车总需求(MW)；K_JC为公交车公共需求比例(％)，一般取值为1；LC为物流车总需求(MW)；K_LC为物流车公共需求比例(％)；CC为出租车总需求(MW)；K_CC为出租车公共需求比例(％)；K_GCs为公务车私人需求比例(％)；为私家车私人需求比例(％)；K_JCs为公交车私人需求比例(％)，一般取值为0；为物流车私人需求比例(％)；为出租车私人需求比例(％)。

进一步的，步骤3的具体过程为：

1)计算分地块在时刻t时总负荷

2)计算片区预测负荷W_P＝W_p+W_G×a₁×β₁+W_S×a₂×β₂；

其中，W_F(t,j)为分地块在时刻t时总负荷，W_f(t,j)为分地块在时刻t时常规负荷，W_P为片区预测负荷，一般取片区发展稳定后的饱和负荷值，GC_i(t,j)、SC_i(t,j)、JC_i(t,j)、LC_i(t,j)、CC_i(t,j)分别为各类电动汽车在时刻t时的负荷。

本发明的有益效果是：在分析电动汽车充电行为的基础上，提出考虑电动汽车的充电功率、充电时间、充电方式以及变压器可用容量等约束条件的充电管理模式。在该模式下，将电动汽车充电所需负荷预测与常规负荷预测相结合，并应用于配电网规划中，形成考虑电动汽车充电管理模式的片区配电网规划负荷预测结果，取得良好效果。该模式不仅适用于包含电动汽车充电负荷的片区配电网规划负荷预测，而且对包含其他多元负荷或分布式新能源的片区配电网规划负荷预测具有借鉴意义。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是片区建设强度图；

图3是经过本方法设置后的充电流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于电动汽车充电配置的片区配电网负荷预测方法包括以下步骤：

步骤1：根据片区市政控制性详细规划，对片区的土地使用性质、用地面积、容积率等基本内容进行控制，得到片区负荷预测；

步骤2：根据各类电动汽车的数量和充电需求，得到片区电动汽车负荷预测；

步骤3：搭建包含电动汽车充电负荷的片区配电网规划负荷预测模型，提出电动汽车充电管理加权费用和阶梯电价的负荷均衡引导模式。

一、片区配电网规划负荷预测：

片区配电网规划一般基于片区市政控制性详细规划[5](简称控规)，控规对片区的土地使用性质、用地面积、容积率等基本内容进行控制。图2所示为片区建设强度图。识别片区控规相关参数，进行负荷预测，如公式(1)(2)(3)(4)所示。

子地块的负荷计算见公式(1)，W_z＝A×R×m₀×K_j×K_r×K_y……(1)。

其中，W_z为子地块负荷(W)，A为子地块用地面积(m2)，R为容积率，m₀为单位负荷密度(W/m2)，K_j为建成率(％)，K_r为入住率(％)，K_y为子地块内用户的用电同时率(％)。

分地块的负荷计算见公式(2)。W_f＝(∑W_z)×K_z……(2)。

其中，W_f为分地块负荷(W)，K_z为子地块负荷同时率(％)。

W_p＝(∑W_f)×K_f/10⁶……(3)，其中，W_p为片区负荷(MW)，K_f为各个分地块的用电同时率(％)。

已知片区负荷W_p可得片区所需变电容量[6]S_p公式(4)所示。S_p＝W_p×R_s……(4)，其中，S_p为片区所需变电容量(MVA)，R_s为容载比(MVA/MW)。

二、电动汽车负荷预测

地区电动汽车充电桩基础设施负荷预测如下公式(5)(6)(7)。

W_G＝GC×K_GC+SC×K_SC+JC×K_JC+LC×K_LC+CC×K_CC……(5)

W_C＝W_G+W_S……(7)

其中，W_c为片区电动汽车总负荷(MW)；W_G为片区电动汽车公共充电总需求；W_S为片区电动汽车私人充电总需求；GC为公务车总需求(MW)；K_GC为公务车公共需求比例(％)；SC为私家车总需求(MW)；K_SC为私家车公共需求比例(％)；JC为公交车总需求(MW)；K_JC为公交车公共需求比例(％)，一般取值为1；LC为物流车总需求(MW)；K_LC为物流车公共需求比例(％)；CC为出租车总需求(MW)；K_CC为出租车公共需求比例(％)；K_GCs为公务车私人需求比例(％)；为私家车私人需求比例(％)；K_JCs为公交车私人需求比例(％)，一般取值为0；为物流车私人需求比例(％)；为出租车私人需求比例(％)。

三、考虑电动汽车充电管理模式的负荷预测

考虑分地块每个充电桩的负荷情况，该分地块的总负荷计算如公式(8)所示。片区总负荷计算见式(9)。

W_P＝W_p+W_G×a₁×β₁+W_S×a₂×β₂……(9)

其中，W_F(t,j)为分地块在时刻t时总负荷，W_f(t,j)为分地块在时刻t时常规负荷，W_P为片区预测负荷，一般取片区发展稳定后的饱和负荷值，GC_i(t,j)、SC_i(t,j)、JC_i(t,j)、LC_i(t,j)、CC_i(t,j)分别为各类电动汽车在时刻t时的负荷。根据实际情况，电动汽车充电时序只需从分地块等级粒度考虑负荷变化即可，j＝<1 2 ... N_F>代表地块编号，N_F-GC为公务车充电桩编号，N_F-SC为私家车充电桩编号，N_F-JC为公交车充电桩编号，N_F-LC为物流车充电桩编号，N_F-GC为出租车充电桩编号。a₁，a₂为同时系数，与充电优先级(管理加权收费)有关。β₁、β₂命名为消峰填谷系数(不同充电时段取不同数值)，与阶梯电价有关。充电过程中要保证该片区所涉及的变电站不过载(即整个片区不过载)，即：

同时应满足配变不重载(负载率为80％及以上且持续2小时)，线路不重载(负载率为70％及以上且持续1小时)且满足N-1所需条件。而且在充电过程中需时刻监视充电桩、线路、配变、环网柜、变电站等设施是否过载，设定越限报警功能。

电动汽车充电价格由管理加权费用和阶梯电价两部分组成，以车辆的充电优先级和充电时段为约束条件，可以计算充电价格。以私家车为例，计算公式如式(11)。

其中，P_SC为充电价格，l₁、l₂、l₃为充电优先级，a₁，a₂与方程组(11)存在模糊数学关系。

由此可见，在低谷时段充电且优先级又低，则收费低，反之在高峰时段高优先级充电，则收取费用较高。同理，其他车型也可按此方程式计算充电所收费用。

四、效果分析

如图3所示，以一个分地块的私家车为例，当用户连接至充电桩时，电动汽车充电系统会自动获取接入车辆的电池信息，这时，用户可根据自己的情况设定充电时段和充电优先级。系统将根据用户所选级别进行排队，第一优先级的用户先行充电，第二、第三优先级用户顺次排队充电。充电过程中随时监控设备的负载率情况，一但越限，就会立即中断相对低优先级车辆的充电，等负荷水平降下来以后再继续充电。充电费用由充电时段和优先级共同决定。

本发明通过分析电动汽车充电行为提出一种电动汽车充电管理模式。在考虑电动汽车充电管理模式下，综合片区静态饱和负荷需求和动态负荷变化特征，搭建了包含电动汽车充电负荷的片区配电网规划负荷预测模型。同时，针对该模式提出电动汽车充电管理加权费用和阶梯电价的负荷均衡引导模式。将有效降低电网建设投资和提升电力负荷预测、电网建设时序与用电需求之间的吻合度。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。