CN110112735A - 基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法 - Google Patents

基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，包括以下步骤：步骤一：针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型；步骤二：获取电动汽车充电站所在电网系统的状态，计算线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度；步骤三：计算各节点的全局功率灵敏度，根据全局功率灵敏度将各节点划分为不同类型，并确定各类型节点所需满足的功率条件；步骤四：基于各节点的类型以及对应的功率条件，求解紧急控制优化模型，得到电网系统的功率转移方案，从而依据功率转移方案对电动汽车充电站进行紧急控制。本发明能够实现灵活调度，减轻电网在发生故障时的运行压力，进而防止线路连锁跳闸、系统崩溃等问题。

Description

基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及配电调度中针对电动汽车充电站紧急控制方法。
背景技术
当电力系统故障发生线路切除时，系统潮流转移后会引起其它线路过负荷，导致过流保护动作从而引起线路跳闸。严重情况下，甚至引起连锁故障和系统崩溃。为了防止线路连锁跳闸，通常会采取调整发电机出力、改变系统运行方式或切除系统负荷等方法。
随着电动汽车的快速发展，它成为了灵活类负荷的重要组成，可参与到线路过载的紧急控制中，因此有必要针对电动汽车的充电站开发在电力系统故障时适用的紧急控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电动汽车充电站、能够将电动汽车充电站作为线路过载时辅助紧急控制的灵活性负荷，从而实现灵活调度，减轻电网在发生故障时的运行压力，防止线路连锁跳闸、系统崩溃等问题的紧急控制方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，包括以下步骤：
步骤一：结合安全性约束和经济性指标，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型；
步骤二：获取所述电动汽车充电站所在电网系统的状态，分别针对所述电网系统中的各条线路得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式，并基于每条线路对应的利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式计算线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度；
步骤三：基于各节点的包含高阶导数的功率灵敏度计算各节点的全局功率灵敏度，根据全局功率灵敏度将各节点划分为不同类型，并确定各类型节点所需满足的功率条件；
步骤四：基于各节点的类型以及对应的功率条件，求解所述紧急控制优化模型，得到所述电网系统的功率转移方案，从而依据所述功率转移方案对电动汽车充电站进行紧急控制。
所述步骤一中，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型为：
其中，λi表示紧急控制中发电机节点i的单位功率变化补偿价格，ΔPi,G表示发电机功率变化，NG表示发电机总数；NEVCS表示可调节电动汽车总数；ηk为负荷节点切除单位负荷的补偿价格，ΔPk,L为负荷节点的切负荷功率NL为切负荷节点总数，M为常数。
所述紧急控制优化模型的约束条件为：其中，Fm为线路m的初始线路传输功率，ΔFm为线路m的功率变化，为线路m的功率上限。
M取10000。
所述步骤二中，计算利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式的方法包括以下步骤：
步骤2-1：列出线路m的线路传输功率Fm和线路m中的节点i的节点注入功率Pi的多项式表达式
Fm≈c0+c1Pi+c2Pi 2+…
其中，c0、c1、c2…为系数；
步骤2-2：选择关于Pi的多项式基Φn(Pi)改写Fm的表达式
其中，N表示多项式基的个数，n∈[1，N]表示未知系数；
步骤2-3：基于配点法求解未知系数n∈[1，N]并代入改写后的Fm的表达式，得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式。
所述步骤2-3中，求解未知系数n∈[1，N]的方法为：取N阶基的根作为配点，求解一元N次方程
ΦN+1(Pi)＝0
得到N个配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}，再在各配点处逐个计算Fm的值Fm,k，k∈[1，N]，然后求解线性方程
式中，N×N阶矩阵由关于Pi的多项式基在配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}处的值构成，从而得到未知系数n∈[1，N]。
所述步骤二中，对利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式求导得到线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度。
所述步骤三中，利用计算各节点的全局功率灵敏度，其中，为节点i的全局功率灵敏度，NB为总支路数，μm,i为线路m中的节点i的包含高阶导数的功率灵敏度，Fm为节点i所在的线路m的线路传输功率，为节点i所在的线路m的传输功率的最大值。
所述步骤三中，划分节点类型的方法为：若节点i的全局功率灵敏度则节点i为需要减少注入功率的减注入节点，若节点i的全局功率灵敏度则节点i为需要增加注入功率的加注入节点；
则所述减注入节点所需满足的功率条件为：其中，ΔPi,G为减注入节点i的发电机功率变化，为减注入节点i的发电机输出功率上限，Pi,G为减注入节点i的发电机初始功率；
所述加注入节点需满足的功率条件为0≤ΔPi,L≤Pi,L以及其中，ΔPi,L为加注入节点i的负荷功率变化，Pi,L为加注入节点i的负荷初始功率，为ΔPi,G为加注入节点i的发电机功率变化，为加注入节点i的发电机输出功率下限，Pi,G为加注入节点i的发电机初始功率。
所述步骤四中，采用GAMS软件的MINLP求解所述紧急控制优化模型。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明将电动汽车充电站作为线路过载时辅助紧急控制的灵活性负荷，从而能够实现灵活调度，减轻电网在发生故障时的运行压力，进而防止线路连锁跳闸、系统崩溃等问题。
附图说明
附图1为本发明的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1所示，一种基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，包括以下步骤：
步骤一：结合安全性约束和经济性指标，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型。
该步骤一中，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型为：
其中，λi表示紧急控制中发电机节点i的单位功率变化补偿价格，ΔPi,G表示发电机功率变化，NG表示发电机总数；NEVCS表示可调节电动汽车总数；ηk为负荷节点切除单位负荷的补偿价格，ΔPk,L为负荷节点的切负荷功率NL为切负荷节点总数，M为一个很大的常数，例如取10000。故表示发电机功率变化补偿费用，表示电动汽车充电站功率变化补偿费用，表示符合功率补偿费用。
由此可见，在线路过负荷情况下，需寻求最优的紧急控制方法，使包括发电机功率变化补偿、电动汽车充电站功率变化补偿、负荷功率补偿在内的补偿费用最小。
上述紧急控制优化模型的约束条件为：紧急控制后，每条线路的潮流应该不超过上限，即其中，Fm为线路m的初始线路传输功率，ΔFm为线路m的功率变化，为线路m的功率上限。
步骤二：进行潮流计算而获取电动汽车充电站所在电网系统的状态，分别针对电网系统中的各条线路得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式，并基于每条线路对应的利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式计算线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度。
该步骤中，需要循环遍历每条线路、每个节点进行计算。
首先需要进行潮流计算而得到电网系统中各条线路的功率情况。对于节点i和节点j之间的线路m，其功率可表示为
Fm＝Uicosθi(GijUicosθi-GijUjcosθj-BijUisinθi+BijUjcosθj)
其中，其中Ui和Uj分别为节点i和节点j的电压幅值，θi和θj分别为节点i和节点j的电压相角，Gij和Bij分别是线路m的电导和电抗。
则节点i的注入功率为
为了简化，将上述二式改写，表示Fm和Pi之间关系：
A(Fm,Pi,x)＝0
其中A表示此方程，x表示U、θ等变量。
计算利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式的方法包括以下步骤：
步骤2-1：这里，我们希望找到一个关于Pi的多项式表达式，对Fm进行多项式逼近，列出线路m的线路传输功率Fm和线路m中的节点i的节点注入功率Pi的多项式表达式为
Fm≈c0+c1Pi+c2Pi 2+…
其中，c0、c1、c2…为系数。
步骤2-2：选择关于Pi的多项式基Φn(Pi)改写Fm的表达式
其中，N表示多项式基的个数，n∈[1，N]表示未知系数。
步骤2-3：基于配点法求解未知系数n∈[1，N]并代入改写后的Fm的表达式，得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式。
该步骤中，求解未知系数n∈[1，N]的方法为：取N阶基的根作为配点，求解一元N次方程
ΦN+1(Pi)＝0
得到N个配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}，再在各配点处逐个计算Fm的值Fm,k，k∈[1，N]，然后求解线性方程
式中，N×N阶矩阵由关于Pi的多项式基在配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}处的值构成，从而得到未知系数n∈[1，N]。
最后，将求的未知系数代入中，得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式Fm(Pi)。
得到上述利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式后，计算线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度，对Fm的表达进行求导即可得到包含高阶导数的功率灵敏度：
需注意高阶求导后的灵敏度更负荷系统非线性特性。
步骤三：基于各节点的包含高阶导数的功率灵敏度计算各节点的全局功率灵敏度，根据全局功率灵敏度将各节点划分为不同类型，并确定各类型节点所需满足的功率条件。
在紧急控制情况下，线路m的功率变化可表示为：
在本方案中，考虑整个系统的注入功率调整，全局功率灵敏度定义为
故利用计算各节点的全局功率灵敏度，其中，为节点i的全局功率灵敏度，NB为总支路数，μm,i为线路m中的节点i的包含高阶导数的功率灵敏度，Fm为节点i所在的线路m的线路传输功率，为节点i所在的线路m的传输功率的最大值。可反应过负荷严重程度，即线路过负荷程度越严重所占比重越大。在紧急控制过程中，重载线路更为重要。
再分类节点，划分节点类型的方法为：
(1)若节点i的全局功率灵敏度则减少注入功率可以减轻系统重载情况，节点i为需要减少注入功率的减注入节点ΒL，紧急控制时，这些节点集合中发电机功率需满足的功率条件为：
其中，ΔPi,G为减注入节点i的发电机功率变化，为减注入节点i的发电机输出功率上限，Pi,G为减注入节点i的发电机初始功率。
(2)若节点i的全局功率灵敏度则增加注入功率可以减轻系统重载情况，节点i为需要增加注入功率的加注入节点ΒM，紧急控制时，这些节点需满足的功率条件为：
0≤ΔPi,L≤Pi,L
其中，ΔPi,L为加注入节点i的负荷功率变化，Pi,L为加注入节点i的负荷初始功率，为ΔPi,G为加注入节点i的发电机功率变化，为加注入节点i的发电机输出功率下限，Pi,G为加注入节点i的发电机初始功率。
步骤一的建立紧急控制优化模型也可以放在此步骤三后实施。
步骤四：基于各节点的类型以及对应的功率条件，求解紧急控制优化模型，得到电网系统的功率转移方案，从而依据功率转移方案对电动汽车充电站进行紧急控制。
优化模型是一个典型的非线性规划问题，故采用GAMS软件的MINLP求解紧急控制优化模型，并最终得到紧急情况下的功率转移方案。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法包括以下步骤：
步骤一：结合安全性约束和经济性指标，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型；
步骤二：获取所述电动汽车充电站所在电网系统的状态，分别针对所述电网系统中的各条线路得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式，并基于每条线路对应的利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式计算线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度；
步骤三：基于各节点的包含高阶导数的功率灵敏度计算各节点的全局功率灵敏度，根据全局功率灵敏度将各节点划分为不同类型，并确定各类型节点所需满足的功率条件；
步骤四：基于各节点的类型以及对应的功率条件，求解所述紧急控制优化模型，得到所述电网系统的功率转移方案，从而依据所述功率转移方案对电动汽车充电站进行紧急控制。
2.根据权利要求1所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤一中，针对电动汽车充电站建立紧急控制优化模型为：
其中，λi表示紧急控制中发电机节点i的单位功率变化补偿价格，ΔPi,G表示发电机功率变化，NG表示发电机总数；NEVCS表示可调节电动汽车总数；ηk为负荷节点切除单位负荷的补偿价格，ΔPk,L为负荷节点的切负荷功率NL为切负荷节点总数，M为常数。
3.根据权利要求2所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述紧急控制优化模型的约束条件为：其中，Fm为线路m的初始线路传输功率，ΔFm为线路m的功率变化，为线路m的功率上限。
4.根据权利要求2所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：M取10000。
5.根据权利要求1所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤二中，计算利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式的方法包括以下步骤：
步骤2-1：列出线路m的线路传输功率Fm和线路m中的节点i的节点注入功率Pi的多项式表达式
Fm≈c0+c1Pi+c2Pi 2+…
其中，c0、c1、c2…为系数；
步骤2-2：选择关于Pi的多项式基Φn(Pi)改写Fm的表达式
其中，N表示多项式基的个数，n∈[1，N]表示未知系数；
步骤2-3：基于配点法求解未知系数n∈[1，N]并代入改写后的Fm的表达式，得到利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式。
6.根据权利要求5所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤2-3中，求解未知系数n∈[1，N]的方法为：取N阶基的根作为配点，求解一元N次方程
ΦN+1(Pi)＝0
得到N个配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}，再在各配点处逐个计算Fm的值Fm,k，k∈[1，N]，然后求解线性方程
式中，N×N阶矩阵由关于Pi的多项式基在配点{Pi，1,Pi,2,…,Pi,N}处的值构成，从而得到未知系数n∈[1，N]。
7.根据权利要求5所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤二中，对利用节点注入功率描述的线路传输功率近似表达式求导得到线路中各节点的包含高阶导数的功率灵敏度。
8.根据权利要求1所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤三中，利用计算各节点的全局功率灵敏度，其中，为节点i的全局功率灵敏度，NB为总支路数，μm,i为线路m中的节点i的包含高阶导数的功率灵敏度，Fm为节点i所在的线路m的线路传输功率，为节点i所在的线路m的传输功率的最大值。
9.根据权利要求8所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤三中，划分节点类型的方法为：若节点i的全局功率灵敏度则节点i为需要减少注入功率的减注入节点，若节点i的全局功率灵敏度则节点i为需要增加注入功率的加注入节点；
则所述减注入节点所需满足的功率条件为：其中，ΔPi,G为减注入节点i的发电机功率变化，为减注入节点i的发电机输出功率上限，Pi,G为减注入节点i的发电机初始功率；
所述加注入节点需满足的功率条件为0≤ΔPi,L≤Pi,L以及其中，ΔPi,L为加注入节点i的负荷功率变化，Pi,L为加注入节点i的负荷初始功率，为ΔPi,G为加注入节点i的发电机功率变化，为加注入节点i的发电机输出功率下限，Pi,G为加注入节点i的发电机初始功率。
10.根据权利要求1所述的基于高阶功率灵敏度的电动汽车充电站紧急控制方法，其特征在于：所述步骤四中，采用GAMS软件的MINLP求解所述紧急控制优化模型。
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