一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法
【专利摘要】本发明公开的一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法，包括如下步骤：a.确定电动汽车调度特性,建立电动汽车可调度特性的模型;b.确定常见家用负荷的控制特性和能耗特性，建立可控负荷的需求和可调度模型；c.根据可控负荷代理和电动汽车代理的经济理性与需求侧负荷特性,代理商上报下一交易日的初步负荷计划;配电系统调度机构进行校验, 并确定阻塞价格;各代理商根据阻塞价格,对可控负荷和电动汽车充放电负荷进行调整和协调。采用本发明的配电系统阻塞调控方法, 对配电系统可能发生的阻塞计算阻塞费用，可以合理的错开电动汽车和可控负荷用电高峰，有效的避免集中用电导致的负荷尖峰和配电系统阻塞。
【专利说明】一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车和可控负荷的市场调度【技术领域】，涉及一种计及电动汽车和 可控负荷用电需求和阻塞费用调控的方法。
【背景技术】
[0002] 居民用户的可控负荷和电动汽车充放电负荷均可视为配电系统中可灵活调度的 资源，参与电力市场环境下的阻塞管理。现有的需求侧响应主要针对工业用户等大型负 荷，而分布分散、随机性较强的居民负荷一般被认为是不可控的，这样针对居民负荷响应 的研宄和实践尚不多见。电动汽车普及后其充电安排会在很大程度上影响需求侧响应特性 和阻塞管理效果。然而，如何协调调度居民可控负荷和电动汽车充放电负荷以规避配电系 统阻塞，就我们所知尚未有研宄报道。基于上述背景，本发明针对配电系统内可能发生的 阻塞计算阻塞费用，之后利用阻塞费用和电动汽车和可控负荷的灵活性对阻塞进行规避。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法。
[0004] 本发明的计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法，包括如下步骤：
[0005] a.确定电动汽车调度特性；根据电动汽车用户的出行习惯、电动汽车充电功率和 电池特性，建立电动汽车可调度特性的模型，包括：
[0006] 1)充放电负荷模型
[0007] 设初始充电时刻TstmJ^SoC (State of Charge，荷电状态，简写为SoC) Ssinit，充 电结束时刻Tend的SoC为S final，EV (Electric Vehicle，电动汽车，简写为EV)电池容量为 Bd充电功率PcJt)和EV的SoC值Sc^t)为时间的函数，充电效率为η。，电池自放电率 为H 1，则单个EV充电需满足：
[0008]
【权利要求】
1. 一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法，其特征在于包括如下步 骤： a. 确定电动汽车调度特性；根据电动汽车用户的出行习惯、电动汽车充电功率和电池 特性，建立电动汽车可调度特性的模型，包括： 1) 充放电负荷模型 设初始充电时刻Tstart的SoC为S init，充电结束时刻SoC为S final，EV电池容量为 Bd充电功率PcJt)和EV的SoC值Sc^t)为时间的函数，充电效率为η。，电池自放电率 为H 1，则单个EV充电需满足：
当EV具备V2G，设EV放电功率为Pdeh(t)，电池的V2G效率为n d，则式⑴可修正为：
在V2G模式下，EV的放电功率会增加 EV的电池损耗，由单位V2G放电电能导致的额 外电池损耗成本可估算为：
式中：Lpd、Blc;、Ib、D。^别为EV在V2G模式下的单位放电电能成本、电池设计的充放电 循环寿命、电池成本和V2G放电深度； 2. EV充放电约束模型 为满足车主的使用需求，EV充放电需要满足下述约束条件： Sch，S ch (?) Sch，max (4) ^final ^ ^finaljIiiin (5) 式中：Sc^max和s ^min均为保证电池寿命的SoC上限和下限约束，分别用于防止电池过 度充电和过度放电；Sfinal，min为充电结束时车主可接受的最低SoC值； EV充放电需要满足自身的功率约束，而且每台EV不能同时处于充电和放电状态： 0 PCh(t) Pch,max (6) 〇 Pdch (t) Pdch,max Ο Pch (t) Pdch (t) =0 (8) 式中：和P __分别为EV的最大充电功率和最大放电功率； b. 确定家用负荷调度特性；结合空调、冰箱、电热水器等常见家用负荷的控制特性和 能耗特性，建立可控负荷的需求和可调度模型，包括： 1)居民用户整体负荷模型 室内气温Ta、冰箱内部温度Tf和热水器蓄水温度T ￥需满足下述约束： Ta, min^ T T a, max ⑶ Tf,min^ T T f；max (10) T < T < T (? 1) 丄 w、·--丄 w，max 、丄丄/ 式中：Ta，max、τ_、Tf，max、T f，min、Tw，max、Tw， min分别表示室内气温上限、室内气温下限、冰 箱内部温度上限、冰箱内部温度下限、热水器内蓄水的温度上限及热水器内蓄水的温度下 限； 此外，空调的热功率Qac、冰箱的热功率Qkf和电热水器的热功率Qra必须满足电器设备 自身的热功率约束，即： 〇 Q AC, max (12) 〇 'S' Qrf^: Q RF, max (13) 〇 'S' Qwh^= Q WH,max (14) 式中：QAa_、QKF，_和9_，_分别为家用空调、电冰箱和电热水器的热功率上限； 分别用n a、η挪n w表示空调热功率与电功率的比值、电冰箱热功率与电功率的比值 和电热水器消耗的热功率与电功率的比值，则空调的电功率Pac、电冰箱的电功率Pkf和电 热水器的电功率P ra分别可用式（15)-(17)计算，用户的总用电负荷可由式（18)求取： Pac一 Q ac/ a (15) Prf= Q rf/(16) Pwh一 Q wh/ w (17) Pd - P fIx+Pac+Pef+Pih (18) 式中：Pd和P fix分别表示居民总用电负荷功率和不可控用电负荷功率； 住宅内部的热容量和温度分别用CJP T a表示，住宅墙体的热容量和温度分别用C 3和 Ts表示，假设住宅内部和外界的热传递速率为Rae，住宅墙体与外界的热传递速率为Rse，住 宅内部与墙体的热传递速率为R as，CjP Cs与住宅面积As和高度H有关，热传递速率与住 宅外墙面积S和空气流通率V a相关，具体计算公式如下： Ca= 5. 2X10 3AsH(JA) (19) Cs= 1.44 X 10 2AsH(JA) (20) Rae= 0. 34VaAsH(W/K) (21)
2) 家用空调模型 家用空调的数学模型可简化表示为
式中：Te为外界温度；QjP ξ 3分别表示太阳能辐射的热量和效率；W为住宅窗户面积； C-凡和Ra。分别表示空调冷凝剂的热容量、温度和与室内空气的热传递速率； 3) 家用冰箱模型 冰箱箱体的热容量与温度分别用Cfl与Tfl表示，冷藏箱体的热容量与温度分别用Cf2与 Tf2表示，冰箱内部的热容量与温度分别用(^与Tf表示，制冷结构的热容量与温度分别用C f4 与Tf4表不，家用冰箱的热力学模型为
式中：Rflf、Rf24、Rff4、1^分别表不冰箱箱体与内部的热传递速率、7令藏箱与制冷部分的 热传递速率、冰箱内部与制冷部分的热传递速率、冰箱内部与室内空气的热传递速率； 4)电热水器模型 分别用Ct与T 1表不箱体的热容量与温度，用C￥与T ￥表不内部蓄水的热容量与温度，电 热水器的热力学模型可表示为
式中：Rwt、Rat分别表示热水箱与内部蓄水的热传递速率、热水箱与室内空气的热传递 速率； c.利用节点边际电价和最优潮流的模型，建立配电系统阻塞费用计算模型，包括： 1) 零售商代理RA的初始负荷计划 在日前市场出清之前，RA并不知道下一交易日的日前市场电价，而需要结合历史数 据和下一交易日的预测信息对日前市场的电价进行估算；假设乂为配电系统的负荷节点 数，Tsmi为考虑的调度时段，配电系统每个节点上有N h位用户和Ne辆EV，估算的日前市场 电价为λ (t)，t = 1，2,…，Tsum;RA的优化目标如下：
式中，i，t，h，e分别为配电网负荷节点、调度时段、用户和电动汽车的编号，其中i = l，2，...，Nd; t = 1，2, ...，Tsum;h = 1，2, ...，Nh;e = 1，2, ...，Ne;RA 的优化目标要受式（1)-(8)和 (9)-(18)所分别表示的电动汽车充放电负荷特性和居民负荷的约束；RA在得到各个用户 的用电计划后，以节点为单位汇总并上报配电系统调度机构DSO ; 2) 配电系统调度机构DSO阻塞管理模型 采用多时段直流最优潮流求解配电系统的节点电价DLMP，进而确定节点i在时刻t的 阻塞价格λεα，〇， 目标函数为：
约束条件为：
_Fij，max^i B U Θ u ⑴ < Fumax (37) PSD,min(i，t) ^ Psd (i, t) ^ PSD,max(i，t) (38) PSch,min(i，t) ^PSch(i,t) ^ Pschjmax (i, t) (39) Psdch, min (i，t)彡 PsdchQ, t)彡 Psdch，MX(i，t) (40) 式中：Pe(i，t)和Pasum(t)分别为S在时刻t由节点i注入系统的有功功率和配电系统 在时刻t从上层输电系统购买的有功功率；Bi^P Θ u(t)分别为节点i和节点j之间的线 路导纳阵虚部和时刻t节点i与j之间的电压相角差；Filmax为线路i-j的有功潮流上限； PSD(i，t)、PSch(i，t)和Psdch(i，t)分别为RA上报的以节点为单位的可控负荷、EV充电负荷和 EV放电负荷的初始计划；PSD，max(i，t)、 PsD，min(i' 七)、Psch，max(i' 七)、Psch，min(i' 七)、Psdch，max(i' 七) 和PSwin(i，t)分别为时段t节点i可控负荷的上下限、电动汽车的充电负荷上下限和放 电负荷上下限，式（8)的约束同样需要在该模型中考虑； 用上述模型求解出的节点电价DLMPS Am(i，t)，则阻塞价格可由式（41)求得，并作 为RA调整可控负荷和EV充放电负荷用电计划的依据， λ c(i，t) = Am(i，t)-λ ⑴ (41) 3. RA对负荷计划的修正 在DSO发布阻塞价格后，RA需要综合考虑用户购电情况，市场电价和阻塞价格，调整 可控负荷和EV充放电负荷的用电计划，通过对调度结果利润的最大化实现对DSO阻塞管 理信号的响应，自主规避阻塞；RA的优化目标修改如下：
RA在修正负荷计划时需要考虑的约束条件与制定初始负荷计划时相同。
【文档编号】G06Q10/04GK104517158SQ201410736149
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月7日 优先权日:2014年12月7日
【发明者】郭云鹏, 刘伟佳, 俞哲人, 文福拴, 汪宏华, 李波 申请人:国网浙江省电力公司电动汽车服务分公司, 浙江大学