多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法

本发明属于电力系统和电动汽车领域，具体涉及一种多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法。

背景技术：

1、电动汽车可作为一种替代传统燃油汽车的绿色低碳交通工具。不同于电网中的常规可控负荷，电动汽车充电负荷具有显著的交通属性，不同车辆的行为通过交通网络中的道路和充电网络中的充电站相互关联。大规模电动汽车的接入依赖于充电网络的发展，也将改变与其紧密耦合的配电网、交通网的运行特性。电动汽车充电负荷具有一定的时空灵活性，通过有效的充电负荷调控可以促进新能源电力消纳、提高电力系统运行效率和延缓电力设备升级。充电负荷时空分布的调控方法对支撑大规模电动汽车的接入和推进交通电气化的进程，以及能源转型的实现具有十分重要的意义。

2、目前，常见电动汽车充电负荷时空分布调控方法主要通过价格引导。通过价格信号的调整可以引导电动汽车在相应的时间前往相应的充电站充电。现有方法或通过电网侧发布充电站的充电价格，或通过交通网侧发布道路的过路费，或二者相结合实现电动汽车充电负荷时空分布的调控。已有方法受限于对充电负荷形成机理认识的限制，未能有效地考虑大规模新能源发电并网对电网供电能力的影响和充电站可接入容量对电动汽车充电选择的影响，面临着电动汽车用户响应随机性的影响，无法保障电网的安全运行；且调控措施单一，无法充分发挥充电负荷与电网、交通网和充电网的互动潜力。尚未形成一种完善的多类型措施联合方法实现电动汽车充电负荷时空分布的高效调控。

3、综上，在大规模电动汽车接入配网的背景下，充电负荷时空分布的调控方法是电力系统规划、运行领域的关键问题，在众多研究和应用中发挥基础性作用，但现有的措施尚未完善，无法充分有效发挥充电负荷的灵活性潜力和保证电网的安全、经济运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有电动汽车充电负荷时空分布调控方法的不完善，从电网、交通网和充电网与充电负荷的互动关系出发，全面考虑大规模新能源发电并网对电网供电能力的影响和充电站可接入容量对电动汽车充电选择的影响，总结了充电负荷时空分布的调控措施，提供一种多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，以保障电力-交通耦合网络的安全、经济运行，为为大规模电动汽车接入的电力-交通耦合网络规划与运行奠定基础。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，包括以下步骤：

4、1)收集电动汽车充/放电需求原始数据和系统运行参数；

5、2)分析系统运行状态，设计调控目标，调控目标包括系统经济性目标、系统安全性目标、充/放电负荷调控目标、各充/放电站的充/放电负荷曲线或其特性，以及以上两种或多种目标的组合；

6、3)根据系统调控目标，设计调控信号；调控信号包含时变的充/放电价格、道路通行费、充/放电接入费、充/放电站接入容量、充/放电站日可用电量中一种或多种信号的组合；

7、4)系统运营商或其他管理机构向充电站或电动汽车用户发布调控信号，调控充/放电负荷的时空分布。

8、本发明进一步的改进在于，步骤1)中，电动汽车充/放电负荷需求数据包括电动汽车的出行需求、充/放电站的历史负荷数据以及二者的结合；系统包括电力系统、交通系统以及电力-交通耦合系统；系统运行参数包括交通网拓扑结构、电网拓扑结构、交通网和电网耦合关系、交通网道路参数、电力线路参数、电网节点参数和发电机参数。

9、本发明进一步的改进在于，步骤2)中，系统经济性目标包括电力系统运行成本最低和用户出行时间最短；系统安全性目标包括电力系统各节点电压不越限；充/放电负荷调控目标包括电力负荷曲线峰谷差最小、可再生能源弃电量最小。

10、本发明进一步的改进在于，步骤3)中，采用如下模型和方法获得充/放电负荷调控信号；首先，基于电动汽车的交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型；其次，采用线性化方法将模型转化为混合整数线性规划；最后，完成多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型的求解，获得充/放电负荷调控信号计算结果。

11、本发明进一步的改进在于，基于电动汽车的交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施合调控电动汽车充/放电负荷时空分布模型；基于用户均衡模型建立计及充/放电负荷调控信号的电动汽车交通配流模型，其中电动汽车出行的路径成本除了道路行驶时间成本和充电时间成本外，还包括由于调控信号带来的出行成本；考虑电网运行约束，基于dist-flow模型建立计及充/放电负荷调控信号的电网最优潮流模型；基于交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型；其目标函数为电网的总运行成本；其约束包括用户均衡约束、不同类型车辆的充/放电需求约束、电网运行约束；模型求解变量包括充/放电负荷调控信号以及网络运行变量。

12、本发明进一步的改进在于，由于调控信号带来的出行成本包括充电费、道路通行费、充/放电接入费和由于充/放电站达到接入容量而产生的等待成本。

13、本发明进一步的改进在于，电网的总运行成本包含发、购电成本和弃风惩罚。

14、本发明进一步的改进在于，采用线性化方法将多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布模型转化为混合整数线性规划，完成多模型的高效求解，获得各类型调控措施计算结果，具体求解方法如下：

15、用户均衡中的互补松弛条件可由big-m法线性化，包含高次项的道路行驶时间函数和发电成本函数可由分段线性化方法线性化，多类型措施联合充/放电负荷时空分布调控模可转化为混合整数线性规划；采用求解器求解该模型，获得充/放电负荷调控信号。

16、与现有的充/放电负荷时空分布调控方法相比，本发明具有如下有益的技术效果：

17、本发明从电动汽车充/放电负荷形成机理出发，考虑配网供电能力的影响和充电站实际接入容量的调控作用，提供了一种多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布方法，保障电力交通耦合系统的安全、经济运行。首先，本发明首次提出包含充电站接入容量和充/放电接入费在内的多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布方法。其次，相比于现有的充/放电负荷时空分布调控方法，本发明可同时采用充/放电价格、道路通行费、充/放电接入费、充/放电站可接入容量、充/放电站日(或其他时段)可用电量作为充/放电负荷调控信号，增加了调控手段的可实施性和可靠性。最后，相比于现有的基于价格信号的充/放电负荷时空分布调控措施，本发明包含的充/放电站可接入容量、充/放电站日(或其他时段)可用电量调控手段由电网直接给定，可有效保障电力系统的安全、经济运行。

技术特征：

1.多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，步骤1)中，电动汽车充/放电负荷需求数据包括电动汽车的出行需求、充/放电站的历史负荷数据以及二者的结合；系统包括电力系统、交通系统以及电力-交通耦合系统；系统运行参数包括交通网拓扑结构、电网拓扑结构、交通网和电网耦合关系、交通网道路参数、电力线路参数、电网节点参数和发电机参数。

3.根据权利要求1所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，步骤2)中，系统经济性目标包括电力系统运行成本最低和用户出行时间最短；系统安全性目标包括电力系统各节点电压不越限；充/放电负荷调控目标包括电力负荷曲线峰谷差最小、可再生能源弃电量最小。

4.根据权利要求1所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，步骤3)中，采用如下模型和方法获得充/放电负荷调控信号；首先，基于电动汽车的交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型；其次，采用线性化方法将模型转化为混合整数线性规划；最后，完成多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型的求解，获得充/放电负荷调控信号计算结果。

5.根据权利要求4所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，基于电动汽车的交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施合调控电动汽车充/放电负荷时空分布模型；基于用户均衡模型建立计及充/放电负荷调控信号的电动汽车交通配流模型，其中电动汽车出行的路径成本除了道路行驶时间成本和充电时间成本外，还包括由于调控信号带来的出行成本；考虑电网运行约束，基于dist-flow模型建立计及充/放电负荷调控信号的电网最优潮流模型；基于交通配流模型和电网最优潮流模型，建立多类型措施联合调控充/放电负荷时空分布模型；其目标函数为电网的总运行成本；其约束包括用户均衡约束、不同类型车辆的充/放电需求约束、电网运行约束；模型求解变量包括充/放电负荷调控信号以及网络运行变量。

6.根据权利要求5所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，由于调控信号带来的出行成本包括充电费、道路通行费、充/放电接入费和由于充/放电站达到接入容量而产生的等待成本。

7.根据权利要求5所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，电网的总运行成本包含发、购电成本和弃风惩罚。

8.根据权利要求5所述的多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，其特征在于，采用线性化方法将多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布模型转化为混合整数线性规划，完成多模型的高效求解，获得各类型调控措施计算结果，具体求解方法如下：

技术总结
本发明多类型措施联合调控电动汽车充/放电负荷时空分布的方法，包括步骤：1)收集电动汽车充/放电需求原始数据和系统运行参数；2)分析系统运行状态，设计调控目标，调控目标包括系统经济性目标、系统安全性目标、充/放电负荷调控目标、各充/放电站的充/放电负荷曲线或其特性，以及以上两种或多种目标的组合；3)根据系统调控目标，设计调控信号；调控信号包含时变的充/放电价格、道路通行费、充/放电接入费、充/放电站接入容量、充/放电站日可用电量中一种或多种信号的组合；4)系统运营商或其他管理机构向充电站或电动汽车用户发布调控信号，调控充/放电负荷的时空分布。本发明能够保障电力‑交通耦合网络的安全、经济运行。

技术研发人员：邵成成,李珂,别朝红,王锡凡
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14