局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法与流程

1.本发明涉及能源电力技术领域，特别涉及一种局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法。


背景技术：

2.作为解决能源危机和减少温室气体排放的重要途径，电动汽车的发展受到我国政府的大力支持，截至2022年4月，我国新能源汽车保有量已达到891.5万辆，其中纯电动汽车保有量724.5万辆。目前电动汽车及充电设施产业正处于技术蓬勃发展时期，而充电基础设施的建设在国内外均处于起步阶段，一旦充电设施建设发生爆发式增长，现行电网的不适应将严重制约电动汽车的发展，或对现行电网造成严重冲击和威胁，因此定量评估配电网对电动汽车的承载能力有利于合理调度电动汽车，为配电网运行和规划提供参考。
3.目前评估电力系统对电动汽车接入的承载能力的主要为：提出配电网对电动汽车承载能力的评估指标或体系，并采用综合评方法评价其指标分数，但未对电动汽车接纳能力进行定量评估，并且评估指标较为单一。
4.规模化的电动汽车接入充电导致负荷增长、功率损耗与设备利用率降低等，因此有必要从配电变压器负载率、电压偏移等方面，对配电网接纳电动汽车充电负荷的能力进行定量评估，并分析提高电动汽车接纳能力的方法。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种可行性高、准确度高的局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法，其包括以下步骤：
7.s1、构建配电网联合仿真构架；
8.s2、设置电动汽车初始规模，计算有序充电策略下的充电负荷，调用配电网混合仿真构架，结合局域配电网的拓扑结构和各节点负荷大小将充电负荷进行分配，得到对应配电网节点的电动汽车充电负荷；
9.s3、根据局域配电网对电动汽车的接纳能力评估指标，考虑电动汽车接入局域配电网后的网络潮流分布情况，判断局域配电网中各节点对于电动汽车的接纳能力评估指标是否超出标准范围；若超出，则该情况下的电动汽车数量为局域配电网对电动汽车的接纳能力；若未超出，则增加电动汽车数量，并返回步骤s2。
10.作为本发明的进一步改进，步骤s1包括：
11.s11、在opendss平台上构建配电网的仿真架构，并设置网络参数；
12.s12、在matlab中设置负荷信息；
13.s13、通过opendss进行潮流信息计算，并通过com接口将潮流信息返回到matlab中，以构建基于matlab和opendss的配电网联合仿真构架。
14.作为本发明的进一步改进，所述有序充电策略包括：
15.以电动汽车用户充电费用最少及配电网负荷波动均方差最小为目标函数，通过调控充电时段对电动汽车充电行为进行调度，包括：
[0016][0017][0018][0019]
其中，f1、f2分别表示电动汽车汽车用户充电费用及配电网一天峰谷差；ct表示t时段的充电电价，p
c,k,t
表示第k辆车在t时段的充电功率，p
b,t
表示t时段的基础负荷；
[0020]
在处理多目标时，需要进行量纲的归一化处理，f为处理后的单目标函数，λ1、λ2分别表示各子目标函数对应的加权系数，且λ1+λ2＝1；f
1n
、f
2n
分别表示无序充电模式下的用户充电费用及负荷峰谷差。
[0021]
作为本发明的进一步改进，有序充电策略的约束条件为：
[0022]
soc约束：电池的剩余电量状态应满足正常行驶需求：
[0023]
soc
k,min
≤soc
k,0
≤soc
k,e
ꢀꢀ
(4)
[0024]
其中，soc
k,0
表示第n辆车进行充电时的剩余电量，soc
k,e
则表示每次结束充电时的期望电量，soc
k,min
表示满足正常行驶需求的最低电量；
[0025]
峰值负荷约束：任意时刻配电网的总负荷小于配电网最大负荷限值：
[0026][0027]
其中，pm表示变压器最大容量，μ表示变压器可承载的最大容量阈值倍数。
[0028]
作为本发明的进一步改进，有序充电策略的求解步骤包括：
[0029]
s41、初始化参数：人工鱼群的总数m，拥挤度因子σ，游动步长f，视野范围rv，最大觅食次数ne，最大迭代次数ni；
[0030]
s42、初始种群：计算初始鱼群所有个体的初始状态，同时计算出最优值f
best
；
[0031]
s43、将每一条人工鱼依次执行觅食行为、聚群行为和追尾行为，之后更新自身的状态并与最优值f
best
进行比对，若优于上一代的记录则对最优值f
best
进行更新；
[0032]
s44、若当更新后的最优值与上一代的最优变化幅度不大于5％，采用梯度下降法进行高精度寻优；
[0033]
s45、迭代次数加一，若未达到最大迭代次数，则返回步骤s23，反之则结束优化过程，输出结果。
[0034]
作为本发明的进一步改进，步骤s2中，结合配电网的拓扑结构和各节点负荷大小将充电负荷进行分配，得到对应配电网节点的电动汽车充电负荷，公式如下：
[0035]
[0036]
其中，ni表示分配到节点i的电动汽车数量，n
ev
表示配电网区域内电动汽车总数，n表示节点总数。
[0037]
作为本发明的进一步改进，步骤s3中，所述局域配电网对电动汽车的接纳能力评估指标，包括：
[0038]
局域配电网最大负载能力：
[0039][0040]
其中，p
l
表示最大负载能力，s为配电变压器容量，λ为变压器负载率，表示功率因数；
[0041]
节点电压偏差：
[0042][0043]
其中，δui表示节点i的电压偏差百分比，ui表示节点i的电压，un表示额定电压；
[0044]
节点功率平衡：
[0045][0046]
其中，p
g,i
、p
b,i
、p
c,i
分别为节点i的有功注入、有功基础负荷、有功充电负荷；q
g,i
、q
b,i
、q
c,i
分别为节点i的无功注入、无功基础负荷、无功充电负荷；g
ij
、b
ij
表示节点i、j间线路导纳的实、虚部；θ
ij
表示节点i、j间的相角差；n表示局域配电网中节点的总数。
[0047]
作为本发明的进一步改进，步骤s3中，所述电动汽车接入局域配电网后的网络潮流分布情况采用前推回代方法计算，包括：
[0048]
s31、根据局域配电网拓扑结构对各节点进行编号，并生成节点阻抗矩阵和关联矩阵；
[0049]
s32、输入各节点接入局域配电网后的电动汽车充电负荷；
[0050]
s33、回代：从末端节点向根节点方向求解各支路的电流和功率损耗；
[0051]
s34、前推：根据回代结果，从根节点向末端节点方向计算更新各节点电压；
[0052]
s35、根据两次迭代的电压幅值差，判断是否小于迭代精度，若小于则收敛，结束迭代，否则转至步骤s33。
[0053]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。
[0054]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法的步骤。
[0055]
本发明的有益效果：
[0056]
本发明局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法克服了规模化电动汽车接入下配电网建模过程繁琐的问题，且能够提供配电网对电动汽车接纳能力的高准确度结果。
[0057]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0058]
图1是本发明中局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法的流程图；
[0059]
图2为本发明中模拟电动汽车无序充电负荷流程图；
[0060]
图3为本发明中基于改进人工鱼群算法的电动汽车优化充电策略流程图；
[0061]
图4为本发明中基于前推回代法的电动汽车充电负荷接入配电网潮流计算流程图。
具体实施方式
[0062]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0063]
如图1所示，为本发明优选实施例中局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法，包括以下步骤：
[0064]
s1、构建配电网联合仿真构架；
[0065]
可选地，步骤s1包括：
[0066]
s11、在opendss平台上构建配电网的仿真架构，并设置网络参数；其中，网络参数包括线路、变压器、变压器抽头、线型、电容器组、负载、发电机等。
[0067]
s12、在matlab中设置负荷信息；其中，负荷信息包括基础负荷、电动汽车充电负荷等。
[0068]
s13、通过opendss进行潮流信息计算，并通过com接口将潮流信息返回到matlab中，以构建基于matlab和opendss的配电网联合仿真构架。其中，潮流信息为初始仅考虑原始基础负荷时的潮流分布，以便与电动汽车充电负荷接入局域配电网后的潮流分布作比较。
[0069]
s2、设置电动汽车初始规模，计算有序充电策略下的充电负荷，调用配电网混合仿真构架，结合局域配电网的拓扑结构和各节点负荷大小将充电负荷进行分配，得到对应配电网节点的电动汽车充电负荷；
[0070]
首先，基于电动汽车的出行规律分析，初始化电动汽车参数，包括：电动汽车数量、充电时间、初始soc、电池容量、充电功率等，采用蒙特卡洛算法模拟电动汽车充电行为，计算规模化电动汽车的充电负荷，参照图2。
[0071]
其次，在区域配电网中，每个配电节点的电动汽车充电负荷可以根据各配电节点基础负荷占该类型区域原始总负荷的比例，公式如下：
[0072][0073]
其中，ni表示分配到节点i的电动汽车数量，n
ev
表示配电网区域内电动汽车总数，n表示节点总数。
[0074]
最后，根据上述划分方法，将接入各配电节点的电动汽车充电负荷计算结果叠加
到基础负荷上，得到各配电节点总负荷，计算潮流并判断系统负荷过载情况。从系统最大负载能力和节点电压偏差两方面评估在安全稳定运行条件下配电网中各节点接纳电动汽车的能力，进而得到不同功能区的接纳能力，定量计算配电网对电动汽车的接纳能力。
[0075]
在本实施例中，采用的局域配电网对电动汽车的接纳能力评估指标，包括：
[0076]
局域配电网最大负载能力：
[0077][0078]
其中，p
l
表示最大负载能力，s为配电变压器容量，λ为变压器负载率，表示功率因数；
[0079]
节点电压偏差：
[0080][0081]
其中，δui表示节点i的电压偏差百分比，ui表示节点i的电压，un表示额定电压；当节点电压偏差过大时，将会造成电压越限，从而影响配电网安全稳定运行。
[0082]
节点功率平衡：
[0083][0084]
其中，p
g,i
、p
b,i
、p
c,i
分别为节点i的有功注入、有功基础负荷、有功充电负荷；q
g,i
、q
b,i
、q
c,i
分别为节点i的无功注入、无功基础负荷、无功充电负荷；g
ij
、b
ij
表示节点i、j间线路导纳的实、虚部；θ
ij
表示节点i、j间的相角差；n表示局域配电网中节点的总数。
[0085]
当电动汽车数量达到一定规模时，有可能会给局部配电网造成一定的压力，并且电动汽车充电负荷具有极强的随机性和不确定性，规模化电动汽车接入配电网会扩大负荷峰谷差、降低电能质量、增加配电网损耗及产生其它一系列不利影响。因此，需要制定合理有序的优化充电策略以引导用户在特定时间段进行充电，改善充电负荷特性，维护电网稳定安全，提高现有配电变压器对电动汽车的接纳能力。
[0086]
在其中一实施例中，所述有序充电策略包括：
[0087]
以电动汽车用户充电费用最少及配电网负荷波动均方差最小为目标函数，通过调控充电时段对电动汽车充电行为进行调度，包括：
[0088][0089][0090][0091]
其中，f1、f2分别表示电动汽车汽车用户充电费用及配电网一天峰谷差；ct表示t时段的充电电价，p
c,k,t
表示第k辆车在t时段的充电功率，p
b,t
表示t时段的基础负荷；
[0092]
在处理多目标时，需要进行量纲的归一化处理，f为处理后的单目标函数，λ1、λ2分
别表示各子目标函数对应的加权系数，且λ1+λ2＝1；f
1n
、f
2n
分别表示无序充电模式下的用户充电费用及负荷峰谷差。
[0093]
其中，有序充电策略的约束条件为：
[0094]
soc约束：电池的剩余电量状态应满足正常行驶需求：
[0095]
soc
k,min
≤soc
k,0
≤soc
k,e
ꢀꢀ
(17)
[0096]
其中，soc
k,0
表示第n辆车进行充电时的剩余电量，soc
k,e
则表示每次结束充电时的期望电量，soc
k,min
表示满足正常行驶需求的最低电量；
[0097]
峰值负荷约束：任意时刻配电网的总负荷小于配电网最大负荷限值：
[0098][0099]
其中，pm表示变压器最大容量，μ表示变压器可承载的最大容量阈值倍数，一般取0.7-0.8。
[0100]
参照图3，以电动汽车各时段充电功率为优化变量，采用改进人工鱼群优化算法对有序充电策略进行求解，具体求解步骤包括：
[0101]
s41、初始化参数：人工鱼群的总数m，拥挤度因子σ，游动步长f，视野范围rv，最大觅食次数ne，最大迭代次数ni；
[0102]
s42、初始种群：计算初始鱼群所有个体的初始状态，同时计算出最优值f
best
；
[0103]
s43、将每一条人工鱼依次执行觅食行为、聚群行为和追尾行为，之后更新自身的状态并与最优值f
best
进行比对，若优于上一代的记录则对最优值f
best
进行更新；
[0104]
s44、若当更新后的最优值与上一代的最优变化幅度不大于5％，采用梯度下降法进行高精度寻优；
[0105]
s45、迭代次数加一，若未达到最大迭代次数，则返回步骤s23，反之则结束优化过程，输出结果。
[0106]
s3、根据局域配电网对电动汽车的接纳能力评估指标，考虑电动汽车接入局域配电网后的网络潮流分布情况，判断局域配电网中各节点对于电动汽车的接纳能力评估指标是否超出标准范围；若超出，则该情况下的电动汽车数量为局域配电网对电动汽车的接纳能力；若未超出，则增加电动汽车数量，并返回步骤s2。参照图4。
[0107]
其中，所述电动汽车接入局域配电网后的网络潮流分布情况采用前推回代方法计算，包括：
[0108]
s31、根据局域配电网拓扑结构对各节点进行编号，并生成节点阻抗矩阵和关联矩阵；
[0109]
s32、输入各节点接入局域配电网后的电动汽车充电负荷；
[0110]
s33、回代：从末端节点向根节点方向求解各支路的电流和功率损耗；
[0111]
s34、前推：根据回代结果，从根节点向末端节点方向计算更新各节点电压；
[0112]
s35、根据两次迭代的电压幅值差，判断是否小于迭代精度，若小于则收敛，结束迭代，否则转至步骤s33。
[0113]
本发明局域配电网对电动汽车接纳能力评估方法克服了规模化电动汽车接入下配电网建模过程繁琐的问题，且能够提供配电网对电动汽车接纳能力的高准确度结果。
[0114]
本发明优选实施例还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器
上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中所述方法的步骤。
[0115]
本发明优选实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例中所述方法的步骤。
[0116]
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。