一種配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，包括如下步驟：首先提出基于節(jié)點充電需求的分散式充電樁的規(guī)劃策略，之后構(gòu)建以投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損之和最小、快速充電站截獲的交通流量最大為目標(biāo)的配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化模型。在所發(fā)展的模型中,引入了基于用戶平衡的交通配流模型對快速充電站截獲的交通流量進(jìn)行分析,并運(yùn)用排隊論的相關(guān)理論以交通高峰時段車主的平均充電等待時間不超過一定閾值為原則配置各快速充電站的設(shè)備數(shù)量。采用本發(fā)明的方法可以獲得一系列帕累托非支配解,方便規(guī)劃人員或投資者根據(jù)工程實際在各非支配解之間進(jìn)行權(quán)衡并選擇最為合理的方案,從而提高投資效率。
【專利說明】一種配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車充電站規(guī)劃【技術(shù)領(lǐng)域】，基于交通網(wǎng)絡(luò)配流分析、排隊論、多 目標(biāo)優(yōu)化等相關(guān)理論來確定快速充電站的候選站址及規(guī)模。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動汽車的廣泛接入對配電系統(tǒng)規(guī)劃提出了新的挑戰(zhàn)。首先部署電動汽車充電網(wǎng) 絡(luò)，進(jìn)而對配電系統(tǒng)進(jìn)行升級改造是目前較為常用的一種兩階段規(guī)劃方法，但該方法往往 不能有效地實現(xiàn)對資源的最優(yōu)配置。這樣，如何進(jìn)行配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào) 規(guī)劃，就是一個值得研宄的重要問題。在上述背景下，本發(fā)明首先提出了基于節(jié)點充電需 求的分散式充電粧的規(guī)劃策略，之后以投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損之和最小、快速充電站截獲的 交通流量最大為目標(biāo)，構(gòu)建了配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化模型， 并采用帶修改交叉和變異算子的非支配排序遺傳算法-II (NSGA-II)求取所構(gòu)建的多目標(biāo) 優(yōu)化模型的非支配解。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是考慮城市交通網(wǎng)絡(luò)配流分析、電動汽車用戶出行 便利等因素的配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃問題。
[0004] 本發(fā)明的配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，包含以下4個步驟：
[0005] 1)分散式充電粧的定容及其充電功率的確定
[0006] 對于分散式充電粧，配電系統(tǒng)每個節(jié)點所需配置的分散式充電粧數(shù)量可根據(jù)各節(jié) 點的充電需求確定。

【權(quán)利要求】
1. 一種配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，其特征在于包含以下步驟： 1) 分散式充電粧的定容及其充電功率的確定 對于分散式充電粧，配電系統(tǒng)節(jié)點i每天的充電頻次需求Ci及應(yīng)配置的分散式充電粧 數(shù)量Ili分別表示如下： r
式中，C表示配電系統(tǒng)的總充電頻次需求；β表示選擇分散式充電粧作為能源補(bǔ)給方 式的比例；'1表示時段t在配電系統(tǒng)節(jié)點i處于停放狀態(tài)的電動汽車數(shù)量；Nd表示配電系 統(tǒng)節(jié)點集合；T表示一天中的時段集合；γ表示單個充電粧的日平均服務(wù)次數(shù)； 由分散式充電粧所引入的配電系統(tǒng)各節(jié)點各時段充電功率及其容量可分別根據(jù)公式 (3)-(4)進(jìn)行估算：
式⑶-⑷中，C和分別表示由分散式充電粧引入的配電系統(tǒng)節(jié)點i在時段t的充電功率及其容量；h表示由分散式充電粧作為電動汽車能源補(bǔ)給方式的平均充電時 長；?@表不分散式充電粧的額定充電功率； 2) 快速充電站的定容及其充電功率的確定 假定各快速充電站待充電車輛的平均到達(dá)速率與該快速充電站截獲的交通流量成正 比，這樣，快速充電站交通高峰時段待充電車輛的平均到達(dá)率，即單位時間內(nèi)到達(dá)快速充 電站接受充電服務(wù)的電動汽車數(shù)量可表示為：
式中：λU和2Γ分別表示第k個快速充電站在時段t和交通高峰時段每小時待充電 車輛的平均到達(dá)率；Ωκ表示快速充電站的候選站址集合；./；_表示時段t的出行比例；ftt 表示第k個快速充電站時段t截獲的交通流量； 根據(jù)排隊論中的M/M/s隊列模型，快速充電站的定容問題可歸結(jié)為如式（6)-(10)所 示的非線性整數(shù)規(guī)劃問題： Minzk (6)

式（6)-(10)中：zk表示第k個快速充電站所應(yīng)配置的快充設(shè)備數(shù)量；》f^PWall_^ 別表示交通高峰時段接受充電服務(wù)的平均等待時間及其最大允許時間；Arh表示交通高峰 時段第k個快速充電站快充設(shè)備的平均使用率；Pcu表示第k個快速充電站快充設(shè)備全部空 閑的概率；μ表示快充設(shè)備每小時的平均服務(wù)率； 確定各快速充電站的設(shè)備數(shù)量之后，其各時段的充電功率及最大充電容量可分別根 據(jù)式（11)-(12)計算：
式中：分別表示第k個快速充電站時段t的充電功率及其最大充電容量； Prcs表示快充設(shè)備的額定充電功率；Pk,t表示第k個快速充電站時段t的設(shè)備平均使用率， 其可用數(shù)學(xué)公式描述為：
3)構(gòu)建配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化模型 所考慮的第一個子問題的目標(biāo)為最小化投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損，其數(shù)學(xué)形式可描述為：
式中：π\(zhòng)Jis和πFes分別表示配電線路、變電站和快速充電站的資金回收系數(shù)；Ωm 表示包絡(luò)現(xiàn)有線路和候選線路兩類配電線路的集合；Dsk和ΩSE分別表示可擴(kuò)容的和不可 擴(kuò)容的現(xiàn)有變電站集合；Dse表示候選變電站集合；?)表示配電線路的建設(shè)成本，對于現(xiàn)有 線路，該參數(shù)設(shè)置為〇 ;Cf和#分別表示變電站i的新建成本和擴(kuò)容成本；Cai和Cfhw分別 表示新建快速充電站涉及的可變成本中與快速充電站地理位置無關(guān)的分量和與快速充電 站地理位置有關(guān)的分量；Cf表示新建快速充電站的固定成本；Xij、、>，嚴(yán)和Uk分別表示配 電線路建設(shè)、變電站新建、變電站擴(kuò)容和快速充電站建設(shè)的二進(jìn)制決策變量；Iu表示配電 線路ij的長度；Ce和dannual分別表示電能的平均價格和一年中的天數(shù)；gu和b^分別表示 配電線路ij的電導(dǎo)和電納；Gu和Bu分別表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的實部和虛部；n\ns和nFes分 別表示配電線路、變電站和快速充電站的服務(wù)年限；ε表示年利率；Uiit和Uw分別表示配 電系統(tǒng)節(jié)點i和節(jié)點j時段t的電壓幅值； 所考慮的第二個子問題的目標(biāo)為最大化快速充電站截獲的交通流量，其數(shù)學(xué)模型可描 述為： IkzJ
式中：Nt表示交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集合；Q^表示連接OD對rs的路徑集合；Cmal表示連接OD對rs的路徑q每年承載的交通流量； < 表示連接OD對rs的路徑q上的交通流量能否 被截獲的決策變量，<s=i和<=〇分別表示該路徑上的交通流量能和不能被截獲；表 示能夠截獲路徑q上的交通流量的快速充電站集合；表示連接OD對rs的路徑q上時段t的交通流量； 4)采用NSGA-II對上述模型進(jìn)行求解，獲得帕累托非支配解，規(guī)劃人員或投資者根據(jù) 工程實際在各非支配解之間權(quán)衡并選擇最為合理的方案。
【文檔編號】G06Q50/06GK104463701SQ201410736830
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月7日
【發(fā)明者】蔡信, 姚偉鋒, 呂浩華, 文福拴, 李梁, 袁軍 申請人:國網(wǎng)浙江省電力公司電動汽車服務(wù)分公司, 浙江大學(xué)