CN103295167B - 居民小区电动汽车充电设施规划方法 - Google Patents

Abstract

一种居民小区电动汽车充电设施规划方法，包括以下几个步骤：根据行驶规律和充电设施的充电功率确定用户的充电需求及充电设施容量；根据电动汽车充电对配电网电压影响最小，确定电动汽车充电设施在配电网中的连接位置，并确定各个负荷点的充电容量。对于充电设施总容量的确定，是通过用户的行驶规律概率分布模型，采用蒙特卡罗模拟的方法模拟用户的行驶和充电行为，通过迭代计算得到在满足用户充电需求条件下充电设施的最佳数量和容量；对于与配电网连接点及个点充电容量的确定，是根据具体的配电网结构，通过将电动汽车充电负荷接入到配电网中进行迭代计算，搜索出一组最优的节点容量向量，使电动汽车充电设施接入对电网的影响最小。

Description

居民小区电动汽车充电设施规划方法

技术领域

本发明涉及一种居民小区电动汽车充电设施规划方法。

技术背景

随着人们对低碳生活的呼吁，电动汽车及其相关的技术受到了很大程度的重视，未来电动汽车必然会规模化利用，然而规模化电动汽车充电势必给电网的运行和规划造成一定的影响，因此，如何建设电动汽车充电设施，确定充电设施容量，确定充电设施在电网中的连接点，使得充电设施能够在满足用户需求的前提下减小对电网的影响，是亟待解决的问题。

现有的专利和文献主要是考虑电动汽车充电站的建设方法，比如专利CN102880921A中基于Voronoi图进行充电负荷分配，并以充电站选址可影响的投资和费用最优为目标进行充电站的建设。而对于居民小区的充电设施建设方法尚没有详细的建设方法，并且没有考虑到充电设施对配电网的影响问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有充电设施建设方法中没有考虑居民小区电动汽车充电设施的建设方法问题，提出一种用于居民小区电动汽车充电设施规划方法。

本发明的发明构思是：根据居民行驶规律概率分布特性，采用蒙特卡罗模拟的方法建立充电排队模型，计算居民小区充电设施的总容量；以配电网节点电压变化最小为目标函数，以配电网潮流方程、充电总功率等式、配电网节点电压极限、线路电流极限为约束，建立优化计算模型，确定电动汽车汽车充电设施与电网连接点及连接容量。

本发明解决其技术问题所采用的方法步骤如下：

(1)根据居民行驶规律确定行驶规律概率分布特性参数，包括：第一次行驶开始时间、最后一次行驶结束时间、日行驶里程的概率分布特性；

(2)确定电动汽车的数量N(根据居民小区的实际电动汽车数量确定)及电动汽车参数，包括电动汽车的耗电特性和电池参数；

(3)建立排队充电模型，迭代计算电动汽车充电需求与充电设施之间的关系，确定最佳充电设施数量及容量；

(4)确定居民小区配电网结构，获取配电网参数，包括配电网络的节点数量和负荷参数、线路参数、电压和电流极限参数；

(5)通过迭代计算得到在电动汽车充电对配电网影响最小时，每个负荷点可连接的充电负荷容量，并确定充电设施数量。

本发明可用于居民小区电动汽车充电设施的建设，为现有居民小区的电动汽车充电设施建设，以及新建居民小区电动汽车充电设施的规划提供理论依据。

附图说明

图1是本发明居民小区电动汽车充电设施规划方法流程图；

图2是本发明的基于排队模型确定充电设施总容量的计算流程；

图3是本发明的充电设施与配电网连接点及各连接点充电容量计算流程。

具体实施方式

下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，发明居民小区电动汽车充电设施规划方法的步骤如下：

(1)根据居民行驶规律确定行驶规律概率分布特性参数，包括：第一次行驶开始时间、最后一次行驶结束时间、日行驶里程的概率分布特性；

(2)确定电动汽车的数量N，电动汽车的数量N根据居民小区的实际电动汽车数量确定；并确定电动汽车参数：包括电动汽车的耗电特性和电池参数；

(3)建立排队充电模型，迭代计算电动汽车充电需求与充电设施之间的关系，确定最佳充电设施数量及容量；

(4)确定居民小区配电网结构，获取配电网参数，包括配电网络的节点数量和负荷参数、线路参数、电压和电流极限参数；

(5)通过迭代计算得到在电动汽车充电对配电网影响最小时，每个负荷点可连接的充电负荷容量，并确定充电设施数量。

如图2所示，所述步骤(3)中，确定充电设施容量的计算步骤如下：

3.1按照居民每日第一次行驶起始时间、每日最后一次行驶结束时间、日行驶里程的概率分布，抽取N(根据居民小区的实际电动汽车数量确定)台电动汽车的行驶规律数据，其中每日第一次行驶时间对应充电结束时间限制；

3.2设定充电设施数量N_charge＝N，按照行驶结束时间建立排队充电模型，充电开始时间定义为T_start，充电时长定义为T_charge，因此充电结束时间T_end＝T_start+T_charge；

3.3比较T_end是否超出充电结束时间限制，若没有超出充电结束时间限制，充电满足程度为100％，这时N_charge＝N_charge-1，返回步骤(2)重新计算；若有超出充电结束时间限制，统计超出充电结束时间限制的电动汽车数量N_rest，并按计算1－N_rest/N方法计算充电满足程度；

3.4判断最佳充电设施台数，当充电机台数N_charge＝N*时，充电满足率为100％，当N_charge＝N*-1时，充电满足率小于100％，则最佳充电机台数应为N*，充电设施的总容量为P_charge＝P×N*，P表示单台充电设施的最大功率；

如图3所示，所述步骤(5)中，所述每个负荷点可连接的充电负荷容量的确定步骤如下：

5.1给定各给定各个配电网节点充电容量初值P_{cL_0}＝[P_{cL1_0}，P_{cL2_0}，…，P_{cLi_0}，…，P_{cLnode_0}]，给定修正值初值ΔP_{cL_0}＝[ΔP_{cL1_0}，ΔP_{cL2_0}，…，ΔP_{cLi_0}，…，ΔP_{cLnode_0}]，并设定迭代次数为n＝0，其中，node指配电网的节点数量；

5.2修正P_{cL_n}，计算方法为P_{cL_n+1}＝P_{cL_n}+ΔP_{cL_n}；其中P_{cL_n}和ΔP_{cL_n}分别满足公式(1)和(2)所示的两个约束条件：

$P_{ch\arg e}=\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}{P}_{cLi\_n}---\left(1\right)$

$\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{cLi\_n}=0---\left(2\right)$

上述式中，P_charge为充电设施的总容量；

5.3更改迭代次数n＝n+1；

5.4将充电容量值P_{cL_n}与配电网节点负荷叠加，进行配电网潮流计算，得到节点电压向量V＝[V₁，V₂，…，V_i，…，V_node]，计算过程中，各节点电压和节点电流分别满足公式(3)和(4)所示的两个约束条件：

V_{min_i}≤V_i≤V_{max_i}(3)

0≤I_i≤I_{max_i}(4)

式中，V_min,V_max分别表示节点电压的最小和最大值，I_i表示节点i所连接线路的运行电流，I_{max_i}表示节点线路最大电流；

5.5计算电压指标，建立如公式(5)所示的电压指标计算目标函数：

$Pg=\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}B\left(i\right)---\left(5\right)$

$B\left(i\right)=\frac{|V_N-V_i|}{V_N}---\left(6\right)$

式中，Pg表示充电设施接入配电网后的电压指标；B(i)表示充电设施接入后节点i的电压指标；V_N,V_i分别表示节点额定电压和实际电压；

5.6判断Pg是否达到最大，若没达到最大，修正ΔP_{cL_n}，返回步骤(2)；若达到最大，到步骤(6)；

5.7根据迭代计算，得到得到Pg最优时节点充电功率向量P_{cL_best}＝[P_{cL1_best，}P_{cL2_best}，...，P_{cLi_best}，...，P_{cLnode_best}]；

5.8根据向量P_{cL_best}中的元素值和充电设施的参数，确定各配电网节点可接入的充电设施容量。

Claims (1)

1.一种居民小区电动汽车充电设施规划方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)根据居民行驶规律确定日行驶规律概率分布特性参数，包括：每日第一次行驶起始时间、每日最后一次行驶结束时间、日行驶里程的概率分布；

(2)确定电动汽车的数量N及电动汽车参数，所述的电动汽车参数包括电动汽车的耗电特性、电池参数和充电功率；

(3)建立排队充电模型，迭代计算电动汽车充电需求与充电设施之间的关系，确定最佳充电设施数量及容量；

(4)确定居民小区配电网结构，获取配电网参数，包括配电网络的节点数量、负荷参数、线路参数、电压和电流极限参数；

(5)通过迭代计算得到在电动汽车充电对配电网电压影响最小时，每个负荷点可连接的充电负荷容量，并确定充电设施数量，

其特征是：在所述步骤(3)中，充电设施容量的确定按照以下步骤进行：

3.1按照居民每日第一次行驶起始时间、每日最后一次行驶结束时间、日行驶里程的概率分布，抽取N台电动汽车的行驶规律数据，其中每日第一次行驶时间对应充电结束时间限制；

3.2设定充电设施数量N_charge＝N，按照行驶结束时间建立排队充电模型，充电开始时间定义为T_start，充电时长定义为T_charge，因此充电结束时间T_end＝T_start+T_charge；

3.3比较T_end是否超出充电结束时间限制，若没有超出充电结束时间限制，充电满足程度为100％，这时N_charge＝N_charge-1，返回步骤(2)重新计算；若超出充电结束时间限制，统计超出充电结束时间限制的电动汽车数量N_rest，并按1－N_rest/N方法计算充电满足程度；

3.4判断最佳充电设施台数，当充电机台数N_charge＝N*时，充电满足率为100％，当N_charge＝N*-1时，充电满足率小于100％，则最佳充电机台数应为N*，充电设施的总容量为P_charge＝P×N*，P表示单台充电设施的最大功率；

在所述步骤(5)中，所述每个负荷点可连接的充电负荷容量确定按照以下步骤进行：

5.1给定各给定各个配电网节点充电容量初值P_{cL_0}＝[P_{cL1_0}，P_{cL2_0}，…，P_{cLi_0}，…，P_{cLnode_0}]，给定修正值初值ΔP_{cL_0}＝[ΔP_{cL1_0}，ΔP_{cL2_0}，…，ΔP_{cLi_0}，…，ΔP_{cLnode_0}]，并设定迭代次数为n＝0，其中，node指配电网的节点数量；

5.2修正P_{cL_n}，计算方法为P_{cL_n+1}＝P_{cL_n}+ΔP_{cL_n}；其中P_{cL_n}和ΔP_{cL_n}分别满足公式(1)和(2)所示的两个约束条件：

$P_{ch\arg e}=\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}{P}_{cLi\_n}---\left(1\right)$

$\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{cLi\_n}=0---\left(2\right)$

上述式中，P_charge为充电设施的总容量；

5.3更改迭代次数n＝n+1；

5.4将充电容量值P_{cL_n}与配电网节点负荷叠加，进行配电网潮流计算，得到节点电压向量V＝[V₁，V₂，…，V_i，…，V_node]，计算过程中，各节点电压和节点电流分别满足公式(3)和(4)所示的两个约束条件：

V_{min_i}≤V_i≤V_{max_i}(3)

0≤I_i≤I_{max_i}(4)

式中，V_min,V_max分别表示节点电压的最小和最大值，I_i表示节点i所连接线路的运行电流，I_{max_i}表示节点线路最大电流；

5.5计算电压指标，建立如公式(5)所示的电压指标计算目标函数：

$Pg=\underset{i=1}{\overset{node}{\Σ}}B\left(i\right)---\left(5\right)$

$B\left(i\right)=\frac{|V_N-V_i|}{V_N}---\left(6\right)$

式中，Pg表示充电设施接入配电网后的电压指标；B(i)表示充电设施接入后节点i的电压指标；V_N,V_i分别表示节点额定电压和实际电压；

5.6判断Pg是否达到最大，若没达到最大，修正ΔP_{cL_n}，返回步骤(2)；若达到最大，到步骤(6)；

5.7根据迭代计算，得到Pg最优时节点充电功率向量P_{cL_best}＝[P_{cL1_best，}P_{cL2_best}，...，P_{cLi_best}，...，P_{cLnode_best}]；

5.8根据向量P_{cL_best}中的元素值和充电设施的参数，确定各配电网节点可接入的充电设施容量。