本發(fā)明涉及一種基于電動汽車換電站的配網(wǎng)恢復控制系統(tǒng)及方法，屬于電力系統(tǒng)。

背景技術：

1、近年來超預期的臺風、暴雨等極端自然災害頻發(fā)，嚴重危害到配電網(wǎng)的正常運行，而現(xiàn)有的配網(wǎng)建設難以應對大規(guī)模自然災害的故障場景。因此，如何提升災后的快速恢復能力，并最大限度地保證重要負荷的安全運行是增強配電網(wǎng)應急彈性的重點。目前可采取的方法主要有兩類，一類是增加基礎設施建設，即為用戶增加一定數(shù)量的不間斷電源(uninterruptiblepowersupply,ups)；還有一類是就地利用現(xiàn)有的設備，靈活調度電網(wǎng)中各類可響應的分布式電力資源。

2、目前，已經有學者對光伏、風機、電動汽車、移動儲能等分布式電源在應急場景下的應用展開了研究。在電動汽車的應用方面，有學者統(tǒng)籌考慮了電動汽車、移動儲能與搶修隊等分布式資源的特點，發(fā)揮其互補互濟的優(yōu)勢，建立配電網(wǎng)災前及災后兩階段的供電恢復策略。目前的研究將電動汽車作為可控的雙向負荷，可在電網(wǎng)需要時靈活調整其出力，在應急場景下發(fā)揮了較強的支撐作用。而電動汽車換電站作為近些年來快速增長的商業(yè)模式，優(yōu)勢在于其中的儲能電池非常便于運輸。目前針對電動汽車換電站的研究主要集中在選址優(yōu)化、運行控制與經濟調度等方面，在應急供電場景下的應用尚未有深入探索。

3、電動汽車換電站內的儲能電池具有易運輸?shù)奶匦裕斉潆娋W(wǎng)解列運行時，不同地區(qū)的儲能電池可由電動汽車互相調度，相較于應急發(fā)電車與移動儲能裝置等可移動式電源，可換電式電動汽車在應急場景下具有數(shù)量多、靈活性高、發(fā)電成本低等優(yōu)勢，其調度問題與移動儲能的控制具有一定的相似性，在分析中都需將路網(wǎng)與電網(wǎng)進行聯(lián)合建模。然而，區(qū)別于移動儲能，利用電動汽車運輸換電站內儲能電池需要考慮換電站內的運行約束，同時儲能電池具有數(shù)量多、容量小的特點，僅僅依靠已有研究中針對移動儲能設備的分析還無法解決實際問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于電動汽車換電站的配網(wǎng)恢復控制系統(tǒng)及方法，從配網(wǎng)災害解列的應用場景下出發(fā)，結合換電站內的運行約束以及儲能電池具有數(shù)量多、容量小的特點，通過調度可換電型電動汽車實現(xiàn)換電站儲能電池跨區(qū)域間的流轉，有效降低災害解列情況下電力系統(tǒng)運行成本，提升災后的快速恢復能力，并最大限度地保證重要負荷的安全運行。

2、為達到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術方案實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于電動汽車換電站的配網(wǎng)恢復控制方法，包括：

4、獲取區(qū)域內所有儲能電池與換電站的運行信息；

5、基于運行信息建立考慮運輸換電站內儲能電池的優(yōu)化調度模型；

6、將區(qū)域內系統(tǒng)運行成本作為目標函數(shù)，結合儲能電池與換電站的約束條件，通過優(yōu)化調度模型得到系統(tǒng)運行成本最低的儲能電池位置信息與輸出功率信息；

7、基于儲能電池位置信息與輸出功率信息調度換電站內的儲能電池。

8、進一步的，所述運行信息包括各區(qū)域負荷、儲能電池剩余電量、儲能電池所處位置、電壓型電源最大可輸出功率、負荷損失成本和各電源發(fā)電成本。

9、進一步的，所述目標函數(shù)的表達式為：

10、min?j＝clost+ctran+cge

11、式中，j是目標函數(shù)；clost是各解列運行區(qū)域內負荷的損失成本，ctran是利用電動汽車運輸儲能電池的成本，cge是系統(tǒng)內所有電源的發(fā)電成本；

12、

13、式中，δt為一個優(yōu)化時間間隔；wq是q供電區(qū)域的單位負荷損失成本；mp是各供電區(qū)域的集合；和分別為區(qū)域q內時刻t的負荷功率與實際輸出功率；

14、

15、

16、式中，mi是位置i內所有電池的集合，和分別表示第m塊電池在時刻t和t-1是否在位置i；mbat代表了所有儲能電池的集合；β是所有包含了所有地點運輸方式的集合；ci,j表示儲能電池從i點運輸至j點的單位運輸成本系數(shù)；

17、

18、式中，cbatq和cvolq分別為q供電區(qū)域內儲能電池與電壓源型電源的單位發(fā)電成本；和分別是區(qū)域q內時刻t的儲能電池總輸出功率總和與電壓源型電源總輸出功率。

19、進一步的，所述約束條件包括儲能電池數(shù)量約束，表達式為：

20、

21、

22、

23、式中，mp是各供電區(qū)域的集合；mbat代表了所有儲能電池的集合；表示決定電池位置的0-1型優(yōu)化變量；nbat為整個系統(tǒng)所有換電站內電池的數(shù)量，nsat為換電站最大可利用電池艙位數(shù)量。

24、進一步的，所述約束條件包括儲能電池電量約束，表達式為：

25、

26、式中，和分別為第m塊電池在時刻t+1和t的百分比剩余電量狀態(tài)；socmax和socmin是允許充放電上限與下限；pm、和η分別為第m塊電池的輸出功率、放電容量與放電運行效率；δt為一個優(yōu)化時間間隔；mbat代表了所有儲能電池的集合。

27、進一步的，所述約束條件包括功率約束，表達式為：

28、

29、

30、

31、

32、式中，mp是各供電區(qū)域的集合；mbat代表了所有儲能電池的集合；為儲能電池總輸出功率；pm為第m塊電池的輸出功率；表示決定電池位置的0-1型優(yōu)化變量；δt為一個優(yōu)化時間間隔；tij是從位置i到位置j的運輸時間；和分別表示第m塊電池在時刻t和t-1是否在位置j和位置i；表示儲能電池最大輸出功率；表示區(qū)域q內時刻t的電壓源型電源輸出功率總和，表示區(qū)域q內時刻t的電壓源型電源總輸出功率最大值；表示區(qū)域q內時刻t的儲能電池輸出功率總和；k為常數(shù)。

33、進一步的，所述約束條件包括潮流約束，表達式為：

34、

35、

36、

37、

38、umin≤ut,k≤umax

39、-pkv,max≤pkv≤pkv,max

40、-qkv,max≤qkv≤qkv,max

41、me代表了配電網(wǎng)絡中所有節(jié)點(k,v)的集合；pkv、qkv、rkv、xkv、pkv,max和qkv,max表示節(jié)點(k,v)之間的有功功率、無功功率、線路電阻、線路電抗、有功最大潮流和無功最大潮流；pbk表示節(jié)點(b,k)之間的有功功率；表示t時刻節(jié)點k儲能電源無功功率輸出總和；表示t時刻節(jié)點k電壓源型電源無功功率輸出總和；表示t時刻節(jié)點k本地電源的無功功率輸出總和；qbk表示節(jié)點(b,k)之間的無功功率；αkv代表節(jié)點之間是否發(fā)生了故障；和是節(jié)點k的注入儲能電池功率、電壓源型電源注入功率和實際負荷功率；ut,k是節(jié)點k在時刻t的電壓值；ut,v是節(jié)點v在時刻t的電壓值；umax和umin是電壓運行上限與下限；u0是節(jié)點電壓運行額定值，h是常數(shù)。

42、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于電動汽車換電站的配網(wǎng)恢復控制系統(tǒng)，包括：

43、接收模塊：用于獲取區(qū)域內所有儲能電池與換電站的運行信息；

44、建模模塊：用于基于運行信息建立考慮運輸換電站內儲能電池的優(yōu)化調度模型；

45、優(yōu)化模塊：用于將區(qū)域內系統(tǒng)運行成本作為目標函數(shù)，結合儲能電池與換電站的約束條件，通過優(yōu)化調度模型得到系統(tǒng)運行成本最低的儲能電池位置信息與輸出功率信息；

46、調度模塊：用于基于儲能電池位置信息與輸出功率信息調度換電站內的儲能電池。

47、第三方面，本發(fā)明提供了一種基于電動汽車換電站的配網(wǎng)恢復控制裝置，包括處理器及存儲介質；

48、所述存儲介質用于存儲指令；

49、所述處理器用于根據(jù)所述指令進行操作以執(zhí)行根據(jù)上述任一項所述方法的步驟。

50、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述任一項所述方法的步驟。

51、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

52、一、本發(fā)明所提供的方法在配網(wǎng)災害解列的應用場景下，利用可換電式的電動汽車運輸儲能電池提升配網(wǎng)的運行彈性，其中電動汽車的換電模式是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電，并在電池配送站內對電動汽車進行電池更換服務或者集電池的充電、物流調配、以及換電服務于一體，此模式可以解決充電時間過長的問題。

53、二、在獲取配電系統(tǒng)內基本信息后，建立考慮運輸換電站內儲能電池的優(yōu)化調度模型，將各解列運行區(qū)域內負荷的損失成本、儲能運輸成本與發(fā)電成本作為目標函數(shù)，通過優(yōu)化調度使得系統(tǒng)運行成本最低。同時考慮網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，建立了包含儲能電池數(shù)量、儲能電池電量、電源輸出功率與潮流控制等約束條件，使得控制變量均在合理范圍內。

54、三、本發(fā)明從配網(wǎng)災害解列的應用場景下出發(fā)，對電動汽車換電站參與彈性提升的策略進行探索，充分利用了日益增長的電動汽車換電站資源，通過調度可換電型電動汽車實現(xiàn)換電站儲能電池跨區(qū)域間的流轉。本技術考慮了配電網(wǎng)災害解列下負荷的損失成本、發(fā)電成本與交通運輸成本，建立了含運輸網(wǎng)絡與電網(wǎng)的混合整數(shù)規(guī)劃模型，所提方法可有效降低災害解列情況下電力系統(tǒng)運行成本，提升災后的快速恢復能力，并最大限度地保證重要負荷的安全運行。