CN107230989A - 一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法 - Google Patents
一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,包括:令配电网正常运行状态为t0,将所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程分为n个稳态状态;确定状态ti下配电网线路电压降模型;确定状态tn下配电网末端负荷节点电压确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU;判断所述配电网是否存在电压波动风险。本发明提供的方法,通过正面计算分析电动汽车接入比例是多少的情况下将会使配电网存在电压波动风险,为含电动汽车的配电网电压波动风险预警提供支撑;通过反面计算分析含电动汽车的配电网是否满足电压波动风险的边界条件从而给出电动汽车的渗透率边界,为电动汽车充电负荷的合理接入提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及配电网运行与控制技术领域,具体涉及一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法。
背景技术
在当今能源危机和环境污染问题愈发严重的情况下,电动汽车作为一种高效、低碳、环保的交通工具,其发展和普及将对人类能源革命产生深刻而长远的影响。
然而,现有的输配电***和电网体系结构依然按照传统的运行方式进行设计和规划,大量以电动汽车为代表的分布式负荷的接入势必会给现有电力***基础设施及其安全运行带来严峻挑战。电动汽车作为波动性负荷接入电网必定会使得配电网电压波动更加明显。高渗透率下用户无控制的随机充电行为对配电网造成巨大的压力,严重影响了配电网的电能质量。
发明内容
本发明提供一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,其目的是通过正面计算分析电动汽车接入比例是多少时会使配电网存在电压波动风险,为含电动汽车的配电网电压波动风险预警提供支撑;通过反面计算分析含电动汽车的配电网是否满足电压波动风险的边界条件从而给出电动汽车的渗透率边界,为电动汽车充电负荷的合理接入提供理论依据。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,其改进之处在于,所述方法包括:
(1)令配电网正常运行状态为t0,将所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程分为n个稳态状态,令所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程中第i个稳态状态为ti;
(2)确定状态ti下配电网线路电压降模型;
(3)确定状态tn下配电网末端负荷节点电压
(4)确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU;
(5)判断所述配电网是否存在电压波动风险。
优选的,所述步骤(2)中,确定状态ti下配电网线路电压降模型的公式为:
式(1)中,ΔUti为状态ti下配电网线路电压降,为状态ti下配电网末端负荷有功功率,为状态ti下配电网末端负荷无功功率,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感;
其中,所述状态ti下配电网末端负荷有功功率的公式为:
式(2)中,为关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数;
所述状态ti下配电网末端负荷无功功率的公式为:
式(3)中,为关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数;
当i=1时,状态t1下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(4)中,为t0状态下配电网末端负荷节点电压,x%为状态t1下配电网末端负荷节点电压变化率;
当i∈[2,n]时,状态ti下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(5)中,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,ΔUt(i-2)为状态t(i-2)下配电网线路电压降,ΔUt(i-1)为状态t(i-1)下配电网线路电压降。
优选的,所述步骤(3)中,设所述配电网中恒阻抗负荷有功功率占比ap和无功功率占比aq相同,恒电流负荷有功功率负荷bp占比与恒电流负荷无功功率占比bq相同,恒功率负荷有功功率占比cp和无功功率占比cq相同,则令ap=aq=a,bp=bq=b,cp=cq=c,且a+b+c=1,其中,c=c1+c2,c1为常规恒功率负荷占比,c2为电动汽车充电负荷占比,则确定状态tn下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(6)中,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,为状态t(i-2)下配电网末端负荷节点电压。
优选的,所述步骤(4)中,确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU的公式为:
式(7)中,为状态tn下配电网末端负荷节点电压,为状态t0下配电网末端负荷节点电压。
进一步的,所述关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(8)中,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,ap为配电网中恒阻抗负荷有功功率占比;
所述关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(9)中,aq为配电网中恒阻抗负荷无功功率占比,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率;
所述关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(10)中,bp为配电网中恒电流负荷有功功率负荷;
所述关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(11)中,bq为配电网中恒电流负荷无功功率负荷;
所述关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(12)中,cp为配电网中恒功率负荷有功功率占比;
所述关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(13)中,cq为配电网中恒功率负荷无功功率占比。
进一步的,所述电动汽车充电负荷占比c2的公式为:
式(14)中,PEV为电动汽车充电负荷有功功率,P0为为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率。
优选的,所述步骤(5)中,若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|<dUlimit,则所述配电网不存在电压波动风险;若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|≥dUlimit,则所述配电网存在电压波动风险;其中,Ulimit为配电网电压波动幅值限定值。
与最接近的现有技术相比,本发明具有的有益效果:
本发明提供的一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,根据各类负荷电压静态特性模型,计算正常运行状态下含电动汽车的配电网负荷端电压波动变化率,根据含电动汽车的配电网电压波动风险分析方法,判断电网是否存在电压波动风险,方法简单、直观、实用、有效,适用于含大规模电动汽车接入的配电网电压波动情况分析,为电动汽车等恒功率负荷的合理接入提供理论依据,同时为配电网运行中面临的电压波动问题进行有效预警提供理论依据。
附图说明
图1是本发明提供的一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法流程图;
图2是本发明实施例中扰动后电压振荡下降示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,如图1所示,包括:
(1)令配电网正常运行状态为t0,将所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程分为n个稳态状态,令所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程中第i个稳态状态为ti;
例如:如图2所示,将配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程分为n个稳态状态;
(2)确定状态ti下配电网线路电压降模型;
(3)确定状态tn下配电网末端负荷节点电压
(4)确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU;
(5)判断所述配电网是否存在电压波动风险。
具体的,所述步骤(2)中,确定状态ti下配电网线路电压降模型的公式为:
式(1)中,ΔUti为状态ti下配电网线路电压降,为状态ti下配电网末端负荷有功功率,为状态ti下配电网末端负荷无功功率,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感;
其中,所述状态ti下配电网末端负荷有功功率的公式为:
式(2)中,为关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数;
所述状态ti下配电网末端负荷无功功率的公式为:
式(3)中,为关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数;
当i=1时,状态t1下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(4)中,为t0状态下配电网末端负荷节点电压,x%为状态t1下配电网末端负荷节点电压变化率;
当i∈[2,n]时,状态ti下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(5)中,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,ΔUt(i-2)为状态t(i-2)下配电网线路电压降,ΔUt(i-1)为状态t(i-1)下配电网线路电压降。
所述步骤(3)中,设所述配电网中恒阻抗负荷有功功率占比ap和无功功率占比aq相同,恒电流负荷有功功率负荷bp占比与恒电流负荷无功功率占比bq相同,恒功率负荷有功功率占比cp和无功功率占比cq相同,则令ap=aq=a,bp=bq=b,cp=cq=c,且a+b+c=1,其中,c=c1+c2,c1为常规恒功率负荷占比,c2为电动汽车充电负荷占比,则确定状态tn下配电网末端负荷节点电压的公式为:
式(6)中,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,为状态t(i-2)下配电网末端负荷节点电压。
所述步骤(4)中,确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU的公式为:
式(7)中,为状态tn下配电网末端负荷节点电压,为状态t0下配电网末端负荷节点电压。
其中,所述关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(8)中,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,ap为配电网中恒阻抗负荷有功功率占比;
所述关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(9)中,aq为配电网中恒阻抗负荷无功功率占比,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率;
所述关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(10)中,bp为配电网中恒电流负荷有功功率负荷;
所述关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(11)中,bq为配电网中恒电流负荷无功功率负荷;
所述关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数的公式为:
式(12)中,cp为配电网中恒功率负荷有功功率占比;
所述关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数的公式为:
式(13)中,cq为配电网中恒功率负荷无功功率占比。
所述电动汽车充电负荷占比c2的公式为:
式(14)中,PEV为电动汽车充电负荷有功功率,P0为为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率。
所述步骤(5)中,若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|<dUlimit,则所述配电网不存在电压波动风险;若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|≥dUlimit,则所述配电网存在电压波动风险;其中,Ulimit为配电网电压波动幅值限定值。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种含电动汽车的配电网电压波动风险辨识方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)令配电网正常运行状态为t0,将所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程分为n个稳态状态,令所述配电网在扰动下电压振荡升高或下降过程中第i个稳态状态为ti;
(2)确定状态ti下配电网线路电压降模型;
(3)确定状态tn下配电网末端负荷节点电压
(4)确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU;
(5)判断所述配电网是否存在电压波动风险。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,确定状态ti下配电网线路电压降模型的公式为:
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式(1)中,ΔUti为状态ti下配电网线路电压降,为状态ti下配电网末端负荷有功功率,为状态ti下配电网末端负荷无功功率,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感;
其中,所述状态ti下配电网末端负荷有功功率的公式为:
<mrow>
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</mrow>
</mrow>
式(2)中,为关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数;
所述状态ti下配电网末端负荷无功功率的公式为:
<mrow>
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式(3)中,为关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数,为关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数,关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数;
当i=1时,状态t1下配电网末端负荷节点电压的公式为:
<mrow>
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<mi>U</mi>
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式(4)中,为t0状态下配电网末端负荷节点电压,x%为状态t1下配电网末端负荷节点电压变化率;
当i∈[2,n]时,状态ti下配电网末端负荷节点电压的公式为:
<mrow>
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式(5)中,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,ΔUt(i-2)为状态t(i-2)下配电网线路电压降,ΔUt(i-1)为状态t(i-1)下配电网线路电压降。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,设所述配电网中恒阻抗负荷有功功率占比ap和无功功率占比aq相同,恒电流负荷有功功率负荷bp占比与恒电流负荷无功功率占比bq相同,恒功率负荷有功功率占比cp和无功功率占比cq相同,则令ap=aq=a,bp=bq=b,cp=cq=c,且a+b+c=1,其中,c=c1+c2,c1为常规恒功率负荷占比,c2为电动汽车充电负荷占比,则确定状态tn下配电网末端负荷节点电压的公式为:
<mrow>
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<mn>1</mn>
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<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
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</mrow>
<mo>-</mo>
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<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(6)中,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率,R为配电网线路电阻,X为配电网线路电感,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,为状态t(i-1)下配电网末端负荷节点电压,为状态t(i-2)下配电网末端负荷节点电压。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中,确定所述配电网在扰动下电压波动变化率dU的公式为:
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>U</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
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<mn>0</mn>
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<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>7</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(7)中,为状态tn下配电网末端负荷节点电压,为状态t0下配电网末端负荷节点电压。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述关于的恒阻抗负荷电压有功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>Z</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
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<mi>t</mi>
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<mo>=</mo>
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<mi>P</mi>
<mn>0</mn>
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<mi>U</mi>
<mn>0</mn>
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<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>8</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(8)中,为状态ti下配电网末端负荷节点电压,P0为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率,U0为配电网正常稳定运行的节点电压,ap为配电网中恒阻抗负荷有功功率占比;
所述关于的恒阻抗负荷电压无功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>Z</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
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<mo>=</mo>
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<mi>Q</mi>
<mn>0</mn>
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<mi>a</mi>
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<mi>U</mi>
<mn>0</mn>
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<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>9</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(9)中,aq为配电网中恒阻抗负荷无功功率占比,Q0为配电网正常稳定运行的节点电压无功功率;
所述关于的恒电流负荷电压有功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>I</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
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<mi>P</mi>
<mn>0</mn>
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<mi>p</mi>
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<mn>2</mn>
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<msub>
<mi>U</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>10</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(10)中,bp为配电网中恒电流负荷有功功率负荷;
所述关于的恒电流负荷电压无功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>I</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
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</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mi>q</mi>
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<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
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<mi>t</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
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</msub>
<msub>
<mi>U</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>11</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(11)中,bq为配电网中恒电流负荷无功功率负荷;
所述关于的恒功率负荷电压有功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>0</mn>
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<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>c</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>12</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(12)中,cp为配电网中恒功率负荷有功功率占比;
所述关于的恒功率负荷电压无功功率特性函数的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<msub>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>c</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>13</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(13)中,cq为配电网中恒功率负荷无功功率占比。
6.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述电动汽车充电负荷占比c2的公式为:
<mrow>
<msub>
<mi>c</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>V</mi>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>14</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(14)中,PEV为电动汽车充电负荷有功功率,P0为为配电网正常稳定运行的节点电压有功功率。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(5)中,若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|<dUlimit,则所述配电网不存在电压波动风险;若所述配电网在扰动下电压波动变化率dU满足|dU|≥dUlimit,则所述配电网存在电压波动风险;其中,Ulimit为配电网电压波动幅值限定值。
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