CN112994063A - 基于储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行方法。针对某负荷曲线的变化，利用隶属度函数进行分时电价的分类，将电动汽车作为储能，提出储能有序充电的约束条件。建立基于滚动优化调度的配电网两阶段优化模型：首先，以用户充电成本最少作为优化目标，确定每个用户对应的充电计划；在第一阶段优化模型的前提下，通过控制智能软开关的功率，以实现配电网网损最小的第二阶段优化目标。本发明解决了综合优化电力***中储能有序充电和智能软开关控制的技术问题，研究了不同技术之间的协调和配合问题，提高了配电网电压分布情况。

Description

基于储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行 方法
技术领域
本发明涉及储能有序充电技术，智能软开关功率控制技术以及配电网优化运行领域。
背景技术
电动汽车作为一种清洁高效的交通工具越来越受到各国的重视。然而，随着未来电动汽车大规模的接入配电***，在某些特定的时段会造成电网负荷用电过大的现象，再加上电动汽车充电行为具有随机性和不确定性，在负荷高峰期集中充电甚至造成电力***的无功功率不充足，影响配电网的稳定性。尤其在下班高峰期，电动汽车车主集中充电，会使这种情况更加明显。
因此，需要对电动汽车的充电负荷加以控制才行。一方面，通过对充电站内的电动汽车进行控制，电动汽车能够通过充电基础设施与配电网的互动，实现“车-桩-网”的双向实时信息交流，从而形成对电动汽车的实时调度；另一方面，智能软开关作为一种新型的电力电子装置，通过转移潮流或补偿无功功率的方式，进而有效地改善集中充电对配电网的影响。在大规模电动汽车并网的环境下，考虑到配电网的电压质量情况，研究储能有序充电技术和智能软开关功率控制技术，对于电网的安全稳定运行具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行方法，解决如何综合优化电力***中储能有序充电和智能软开关控制的技术问题，考虑了不同技术之间的协调和配合问题，以提高配电网电压分布情况。
为解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：
一种基于储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行方法，包括以下步骤：
1)在进行分时电价分类时，采用隶属度函数进行相应的划分，偏大和偏小半梯形的隶属函数来计算各时段负荷曲线上各点的概率，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000011
Figure BDA0003047689640000021
式中，a和b分别表示配电网负荷标幺化曲线的谷点和峰点的值。
2)根据负荷曲线的计算结果，确定分时电价的三个时段，包括峰电价时段、平电价时段和谷电价时段；
3)基于隶属度函数的分时电价分类，建立电动汽车有序充电策略，有序充电的基本约束条件需要满足电动汽车用户的基本充电需求。只在用户停留时间内充电，离开电动汽车充电站时，电池电量满足用户的驾驶需求，同时，需要满足电动汽车用户充电成本最低，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000022
Figure BDA0003047689640000023
Figure BDA0003047689640000024
emin≤ei,x,t≤emax；
Figure BDA0003047689640000025
ti,x,c≤ti,x,d-ti,x,a；
Figure BDA0003047689640000026
式中，η表示电动汽车的充电效率；sC表示充电桩的额定容量；NEV表示节点i的电动汽车数量；
Figure BDA0003047689640000027
表示t时段节点i中电动汽车x充电桩侧的有功功率；
Figure BDA0003047689640000028
表示t时段节点i中电动汽车x电池侧的有功功率；
Figure BDA0003047689640000029
表示t时段节点i的电动汽车总有功功率；ei,x,t表示t时段节点i中电动汽车x的荷电状态，需要考虑保证用户的需求，同时保证电池的使用安全，emin和emax分别设定为0.2和0.95；ti,x,c表示t时段节点i中电动汽车x的停留时间；ti,x,a和ti,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的到达和期望离开时间；ei,x,a和ei,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的初始和期望荷电状态；Δt表示时间间隔；sE表示电动汽车的额定容量。
配电网优化运行模型需要兼顾用户侧和电网侧双方的利益；
在用户侧，基于分时电价的机制来引导用户参与有序充电策略，以实现充电费用的减小；
在电网侧，基于智能软开关的无功补偿和支路功率转移来降低配电网网损，以提高配电网的经济性。
进一步的，配电网优化运行模型采用两阶段进行优化，第一阶段的优化目标是用户的充电成本最小，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000031
式中，ct表示分时电价。
在确保电动汽车用户的利益前提下，利用智能软开关的无功补偿和支路功率转移能力来降低配电网的网损损耗。因此，第二阶段的优化目标是配电网网损最小，配电网网损主要包括支路有功损耗和智能软开关有功损耗，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000032
式中，E表示网络中所有支路集合；NSOP表示包含智能软开关的节点集合；
Figure BDA0003047689640000033
表示t时段支路ij的有功损耗；
Figure BDA0003047689640000034
和
Figure BDA0003047689640000035
分别表示t时段电压源型变流器i和电压源型变流器j的有功损耗；
进一步的，配电网优化运行模型采用滚动调度，每到一个新的控制周期，循环一阶段和二阶段，直到一天结束。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用有序充电的办法，避免了集中充电增加了配电网最大负荷峰值，防止节点电压降低和网损增大等问题的发生，有序充电让电动汽车在配电网低负荷时期进行充电，从而降低负荷曲线的峰值。
2、本发明采用分时电价的策略，首先，以用户充电成本最少作为优化目标，确定电动汽车的充电计划。然后，在确保电动汽车用户的利益最大化的同时，第二阶段以配电网网损最小为优化目标，实现了配电网经济效益的增加。
3、本发明采用智能软开关功率控制，智能软开关接入***后，能够转移支路的有功功率，对配电网进行无功补偿，改善配电网节点电压，降低配电网损耗。
附图说明
图1是本具体实施方式中用于考虑储能有序充电和智能软开关控制的配电网优化运行的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明提供一种考虑储能有序充电和智能软开关控制模型的配电网优化运行方法，包括以下步骤：
1)在进行分时电价分类时，采用隶属度函数进行相应的划分，偏大和偏小半梯形的隶属函数来计算各时段负荷曲线上各点的概率，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000041
Figure BDA0003047689640000042
式中，a和b分别表示配电网负荷标幺化曲线的谷点和峰点的值；
2)根据负荷曲线的计算结果，确定分时电价的三个时段，包括峰电价时段、平电价时段和谷电价时段；
3)基于隶属度函数的分时电价分类，建立电动汽车有序充电策略，有序充电的基本约束条件需要满足电动汽车用户的基本充电需求。只在用户停留时间内充电，离开电动汽车充电站时，电池电量满足用户的驾驶需求，同时，需要满足电动汽车用户充电成本最低，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000043
Figure BDA0003047689640000044
Figure BDA0003047689640000045
emin≤ei,x,t≤emax；
Figure BDA0003047689640000046
ti,x,c≤ti,x,d-ti,x,a；
Figure BDA0003047689640000047
式中，η表示电动汽车的充电效率；sC表示充电桩的额定容量；NEV表示节点i的电动汽车数量；
Figure BDA0003047689640000051
表示t时段节点i中电动汽车x充电桩侧的有功功率；
Figure BDA0003047689640000052
表示t时段节点i中电动汽车x电池侧的有功功率；
Figure BDA0003047689640000053
表示t时段节点i的电动汽车总有功功率；ei,x,t表示t时段节点i中电动汽车x的荷电状态，需要考虑保证用户的需求，同时保证电池的使用安全，emin和emax分别设定为0.2和0.95；ti,x,c表示t时段节点i中电动汽车x的停留时间；ti,x,a和ti,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的到达和期望离开时间；ei,x,a和ei,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的初始和期望荷电状态；Δt表示时间间隔；sE表示电动汽车的额定容量。
其中，配电网优化运行模型需要兼顾用户侧和电网侧双方的利益；在用户侧，基于分时电价的机制来引导用户参与有序充电策略，以实现充电费用的减小；
进一步的，在电网侧，基于智能软开关的无功补偿和支路功率转移来降低配电网网损，以提高配电网的经济性。
进一步，配电网优化运行模型需要采用两阶段进行优化，第一阶段的优化目标是用户的充电成本最小，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000054
式中，ct表示分时电价。
进一步的，在确保电动汽车用户的利益前提下，利用智能软开关的无功补偿和支路功率转移能力来降低配电网的网损损耗。因此，第二阶段的优化目标是配电网网损最小，配电网网损主要包括支路有功损耗和智能软开关有功损耗，表达式如下；
Figure BDA0003047689640000055
式中，E表示网络中所有支路集合；NSOP表示包含智能软开关的节点集合；
Figure BDA0003047689640000056
表示t时段支路ij的有功损耗；
Figure BDA0003047689640000057
和
Figure BDA0003047689640000058
分别表示t时段电压源型变流器i和电压源型变流器j的有功损耗；
进一步的，配电网优化运行模型采用滚动调度，每到一个新的控制周期，循环一阶段和二阶段，直到一天结束。
本发明针对某负荷曲线的变化，利用隶属度函数进行分时电价的分类，将电动汽车作为储能，提出储能有序充电的约束条件。建立基于滚动优化调度的配电网两阶段优化模型：以用户充电成本最少作为优化目标，确定每个用户对应的充电计划。在第一阶段优化模型的前提下，通过控制智能软开关的功率，以实现配电网网损最小的第二阶段优化目标。本发明解决了综合优化电力***中储能有序充电和智能软开关控制的技术问题，研究了不同技术之间的协调和配合问题，提高了配电网电压分布情况。采用有序充电的办法，避免了集中充电增加了配电网最大负荷峰值，防止节点电压降低和网损增大等问题的发生，有序充电让电动汽车在配电网低负荷时期进行充电，从而降低负荷曲线的峰值。由于采用分时电价的策略，以用户充电成本最少作为优化目标，确定电动汽车的充电计划，在确保电动汽车用户的利益最大化的同时，第二阶段以配电网网损最小为优化目标，实现了配电网经济效益的增加。并且，采用智能软开关功率控制，智能软开关接入***后，能够转移支路的有功功率，对配电网进行无功补偿，改善配电网节点电压，降低配电网损耗。
最后说明的是，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于储能有序充电和智能软开关控制的配电网优化运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在进行分时电价分类时，采用隶属度函数进行相应的划分，偏大和偏小半梯形的隶属函数来计算各时段负荷曲线上各点的概率，表达式如下；
Figure FDA0003047689630000011
Figure FDA0003047689630000012
式中，a和b分别表示配电网负荷标幺化曲线的谷点和峰点的值；
2)根据负荷曲线的计算结果，确定分时电价的三个时段，包括峰电价时段、平电价时段和谷电价时段；
3)基于隶属度函数的分时电价分类，建立电动汽车有序充电策略，有序充电的基本约束条件需要满足电动汽车用户的基本充电需求；
只在用户停留时间内充电，离开电动汽车充电站时，电池电量满足用户的驾驶需求，同时，需要满足电动汽车用户充电成本最低，表达式如下；
Figure FDA0003047689630000013
Figure FDA0003047689630000014
Figure FDA0003047689630000015
emin≤ei,x,t≤emax；
Figure FDA0003047689630000016
ti,x,c≤ti,x,d-ti,x,a；
Figure FDA0003047689630000017
式中，η表示电动汽车的充电效率；sC表示充电桩的额定容量；NEV表示节点i的电动汽车数量；
Figure FDA0003047689630000018
表示t时段节点i中电动汽车x充电桩侧的有功功率；
Figure FDA0003047689630000019
表示t时段节点i中电动汽车x电池侧的有功功率；
Figure FDA00030476896300000110
表示t时段节点i的电动汽车总有功功率；ei,x,t表示t时段节点i中电动汽车x的荷电状态，需要考虑保证用户的需求，同时保证电池的使用安全，emin和emax分别设定为0.2和0.95；ti,x,c表示t时段节点i中电动汽车x的停留时间；ti,x,a和ti,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的到达和期望离开时间；ei,x,a和ei,x,d分别表示t时段节点i中电动汽车x的初始和期望荷电状态；Δt表示时间间隔；sE表示电动汽车的额定容量；
配电网优化运行模型需要兼顾用户侧和电网侧双方的利益；
在用户侧，基于分时电价的机制来引导用户参与有序充电策略，以实现充电费用的减小；
在电网侧，基于智能软开关的无功补偿和支路功率转移来降低配电网网损，以提高配电网的经济性。
2.根据权利要求1所述基于储能有序充电和智能软开关控制的配电网优化运行方法，其特征在于，配电网优化运行模型采用两阶段进行优化，第一阶段的优化目标是用户的充电成本最小，表达式如下；
Figure FDA0003047689630000021
式中，ct表示分时电价；
第二阶段的优化目标是配电网网损最小，配电网网损主要包括支路有功损耗和智能软开关有功损耗，表达式如下；
Figure FDA0003047689630000022
式中，E表示网络中所有支路集合；NSOP表示包含智能软开关的节点集合；
Figure FDA0003047689630000023
表示t时段支路ij的有功损耗；
Figure FDA0003047689630000024
和
Figure FDA0003047689630000025
分别表示t时段电压源型变流器i和电压源型变流器j的有功损耗。
3.根据权利要求1所述基于储能有序充电和智能软开关控制的配电网优化运行方法，其特征在于，配电网优化运行模型采用滚动调度，每到一个新的控制周期，循环一阶段和二阶段，直到一天结束。
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