CN114372335B - 基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统 - Google Patents

基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统，利用电动汽车充电站/充电桩聚集点和变电站的地理位置数据，在配网网格化的基础上，建立电动汽车充电站/充电桩聚集点及变电站的坐标，并以变电站坐标为中心作出配网供电分区的泰森多边形，把划分出的泰森多边形作为单元区域，将变电站与电动汽车充电站/充电桩聚集点进行匹配，并与配网所划分的网格进行关联，从而达到对电动汽车充电桩快速建模的目的。

Description

基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统领域，更具体地，涉及一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统。
背景技术
目前我国的电动汽车产业仍然处于快速发展阶段，可以预见的是，在未来，电动汽车充电负荷在电力系统中会成为一种大量存在的常态化负荷资源。同时，电动汽车充电负荷也随着电动汽车用户的使用不确定性，存在时间、空间上的不确定性。当前，电动汽车并网负荷相较于其他负荷，占负荷总量的比重，还处于普通水平，但随着电动汽车资源在未来的大规模并入电网，对电网的冲击便不可同日而语，因此，对电动汽车充电站及充电桩进行运维建模，将其纳入电网的实运行监控便显得尤为重要。
由国务院办公厅印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》指出：原则上，新建住宅配建停车位应100％建设充电设施或预留建设安装条件，大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10％，每2000辆电动汽车至少配套建设一座公共充电站。
由于电动汽车充电桩的整体数量较为庞大，拥有着低电压等级接入电网、部桩与桩之间的分布较分散等特点，导致其运维建模工作量大，无法真正实现国家电网公司提出的“可观、可测、可控、可调”目标。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法及系统，将停车场中的电动汽车充电桩视为一个整体—电动汽车充电桩聚集点，与电动汽车充电站一同作为基础单元构成区域电动汽车充电网络，结合地区配电网网格化划分，利用泰森多边形实现电动汽车与电网的关联分析。
本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，包括以下步骤：
步骤1，对区域配电网进行网格划分，建立坐标系；
步骤2，在步骤1获得的网格内，绘制电动汽车充电基础单元的离散点图；
步骤3，在步骤1获得的网格内，绘制变电站的离散点图；对于任意一个网格，若网格内变电站的数量为1个，执行步骤4；若网格内变电站的数量为2个，执行步骤5；若网格内变电站的数量大于2个，执行步骤6；
步骤4，网格内的1个变电站与该网格内的全部电动汽车充电基础单元对应；
步骤5，网格内的2个变电站连线的垂直平分线与网格边界相交，将该网格划分为两个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应；
步骤6，以网格内变电站的坐标为顶点，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，从三角形外心向各个边绘制垂直平分线，将网格划分为多个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应；
步骤7，汇总步骤4至6中划分和对应结果，构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。
优选地，步骤1具体包括：获取配电网的网格划分数据，在地图上绘制区域的网格划分情况，建立坐标系。
优选地，步骤2具体包括：将电动汽车充电站作为电动汽车充电基础单元，或将停车场中的电动汽车充电桩视为一个整体，形成电动汽车充电桩聚集点，作为电动汽车充电基础单元。
优选地，步骤2具体包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取电动汽车充电基础单元的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图。
优选地，步骤3具体包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取变电站的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图。
优选地，步骤6具体包括：以网格内变电站的坐标为顶点，构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点；其中任何一个Delaunay三角形的外接圆内不能包含其他离散点；并且两个相邻的Delaunay三角形构成凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大。
优选地，步骤6具体包括：根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分，连接Delaunay三角形的外心，对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与网格边界相交，与网格一起构成泰森多边形，通过绘制泰森多边形，对电动汽车充电基础单元进行供电分区划分。
优选地，步骤7具体包括：步骤7，汇总步骤4至6中划分和对应结果，将每个多边形内的变电站与电动汽车充电基础单元进行匹配，再将每个配电网网格与其所包含的多边形建立关联关系，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。
本发明的第二方面提供了一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识系统，运行所述的基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，包括：数据采集模块，图形生成模块，供电区域划分模块，并网拓扑辨识模块和输出模块；其中：数据采集模块，用于获取区域配电网拓扑结构、网架结构、组网方式和区域地图；图形生成模块，用于在区域地图上建立坐标系，对区域配电网进行网格划分，将电动汽车充电基础单元和变电站以离散点的形式绘制到区域地图；供电区域划分模块，用于将区域配电网进行网格进一步划分为多个供电区域；并网拓扑辨识模块，用于构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识；输出模块，用于将并网拓扑辨识模块的电动汽车并网拓扑辨识结果进行输出。
优选地，所述供电区域划分模块用于构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、通过将配网网格、变电站、电动汽车充电站/充电桩聚集点形成匹配关系，主网不再需要对每个电动汽车充电桩进行建模，从而将其纳入日常运维。对主网而言，大大减少了建模工作量。
2、在对电动汽车充电桩进行调控时，主网可以通过调控配网，进而达到调控电动汽车充电桩的效果，不再需要对主网内每个电动汽车充电桩进行分析，减少了调控的数据量、计算量，提升了调控效果。
附图说明
图1是本发明基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法的流程图。
图2是本发明基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法的区域电网网格划分图。
图3是本发明基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法的电动汽车充电站/充电桩离散点图。
图4是增加了变电站坐标的离散点图。
图5是以变电站为顶点构建的Delaunay三角网图。
图6是根据Delaunay三角网图构建的泰森多边形划分图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，包括以下步骤：
步骤1，对区域配电网进行网格划分，建立坐标系。在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤1包括：获取配电网的网格划分数据，在地图上绘制区域的网格划分情况，建立坐标系。
进一步优选地，步骤1具体包括：基于区域配电网的拓扑结构、网架结构、组网方式，考虑区域的地理特性，对区域配电网进行网格化划分，配网的网格化规划有如下三个原则：一是按行政地理分布划分网格，同时以道路、河流等地理屏障作为网格边界，有利于合理划分供区；二是按照营销运维管理界面划分网格，有利于进行网格化管理及配网运维精细化水平的提升；三是根据规划目标年为依据，从整体性和长远性考虑，供电网格划分应依据规划目标年相关条件开展。
步骤2，在步骤1获得的网格内，绘制电动汽车充电基础单元的离散点图。在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤2包括：将电动汽车充电站作为电动汽车充电基础单元，或将停车场中的电动汽车充电桩视为一个整体，形成电动汽车充电桩聚集点，作为电动汽车充电基础单元。
进一步优选地，步骤2具体包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取电动汽车充电基础单元的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图。
步骤3，在步骤1获得的网格内，绘制变电站的离散点图；对于任意一个网格，若网格内变电站的数量为1个，执行步骤4；若网格内变电站的数量为2个，执行步骤5；若网格内变电站的数量大于2个，执行步骤6。在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤3包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取变电站的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图，然后执行变电站数量判断。
步骤4，网格内的1个变电站与该网格内的全部电动汽车充电基础单元对应。
步骤5，网格内的2个变电站连线的垂直平分线与网格边界相交，将该网格划分为两个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应。
步骤6，以网格内变电站的坐标为顶点，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，从三角形外心向各个边绘制垂直平分线，将网格划分为多个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应。
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤6包括：以网格内变电站的坐标为顶点，构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点；其中任何一个Delaunay三角形的外接圆内不能包含其他离散点；并且两个相邻的Delaunay三角形构成凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大。
进一步优选地，步骤6具体包括：根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分，连接Delaunay三角形的外心，对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与网格边界相交，与网格一起构成泰森多边形，通过绘制泰森多边形，对电动汽车充电基础单元进行供电分区划分。
步骤7，汇总步骤4至6中划分和对应结果，构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤7包括：汇总步骤4至6中划分和对应结果，将每个多边形内的变电站与电动汽车充电基础单元进行匹配，再将每个配电网网格与其所包含的多边形建立关联关系，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。也就是说，形成变电站-电动汽车充电站/充电桩聚集点匹配对应关系以及配网网格-泰森多边形的关联关系，用于配网将电动汽车充电站/充电桩聚集点纳入实际监测。
本发明的实施例2提供了一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识系统，运行所述的基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，包括：数据采集模块，图形生成模块，供电区域划分模块，并网拓扑辨识模块和输出模块；其中：
数据采集模块，用于获取区域配电网拓扑结构、网架结构、组网方式和区域地图；
图形生成模块，用于在区域地图上建立坐标系，对区域配电网进行网格划分，将电动汽车充电基础单元和变电站以离散点的形式绘制到区域地图；
供电区域划分模块，用于将区域配电网进行网格进一步划分为多个供电区域；
并网拓扑辨识模块，用于构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识；
输出模块，用于将并网拓扑辨识模块的电动汽车并网拓扑辨识结果进行输出。
所述供电区域划分模块用于构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分。
为了更加清楚地介绍了本发明的发明构思，以下介绍一个在基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识系统运行所述的基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法的示例，具体包括：
步骤1，基于区域配电网的拓扑结构、网架结构、组网方式，考虑区域的地理特性，对区域配电网划分供电分区，如图2所示。
步骤2，在配电网网格中，利用电动汽车充电站/充电桩聚集点的地理位置信息，绘制电动汽车充电站/充电桩聚集点的离散点图，如图3所示。
步骤3，在步骤1获得的网格内，绘制变电站的离散点图；对于任意一个网格，若网格内变电站的数量为1个，执行步骤4；若网格内变电站的数量为2个，执行步骤5；若网格内变电站的数量大于2个，执行步骤6，如图4所示。
步骤4，网格内的1个变电站与该网格内的全部电动汽车充电基础单元对应。
步骤5，网格内的2个变电站连线的垂直平分线与网格边界相交，将该网格划分为两个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应。
步骤6，根据变电站的离散点图，对于变电站离散点数量大于2的配电网网格，构建Delaunay三角网。Delaunay三角网的构建也称为不规则三角网的构建，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点。
Delaunay三角形的形成有如下两条标准：
1)任何一个Delaunay三角形的外接圆内不能包含其他离散点；
2)两个相邻的Delaunay三角形构成凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大，如图5所示。
对于变电站离散点数量大于2的配电网网格，基于步骤4得到的Delaunay三角形，绘制泰森多边形，对电动汽车充电站/充电桩聚集点进行有效区域划分。计算每个Delaunay三角形的外接圆心，连接这些三角性的外接圆圆心，即可得到泰森多边形，对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与网格边界相交，与网格一起构成泰森多边形，结果如图6所示。
步骤7，形成变电站-电动汽车充电站/充电桩聚集点匹配对应关系以及配电网网格-泰森多边形的关联关系，方便配网将电动汽车充电站/充电桩聚集点纳入实际监测，具体关联关系如表1，表2。
表1变电站-电动汽车充电站/充电桩聚集点匹配对应关系
变电站序号 电动汽车充电站/充电桩聚集点序号
1 1、2
2 3、4
3 /
4 5
5 6
6 7
7 8
8 9、10
9 11
10 12
11 13
12 14、15
13 16
14 17
15 18
16 19、20
17 21、22
18 23、24
表2配电网网格-泰森多边形关联关系
配电网网格序号 泰森多边形序号
1 1、2、3
2 4、5
3 6、7、8、9
4 10、11、12、13、14
5 15、16、17、18
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、通过将配网网格、变电站、电动汽车充电站/充电桩聚集点形成匹配关系，主网不再需要对每个电动汽车充电桩进行建模，从而将其纳入日常运维。对主网而言，大大减少了建模工作量。
2、在对电动汽车充电桩进行调控时，主网可以通过调控配网，进而达到调控电动汽车充电桩的效果，不再需要对主网内每个电动汽车充电桩进行分析，减少了调控的数据量、计算量，提升了调控效果。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，对区域配电网进行网格划分，建立坐标系；
步骤2，在步骤1获得的网格内，绘制电动汽车充电基础单元的离散点图；
步骤3，在步骤1获得的网格内，绘制变电站的离散点图；对于任意一个网格，若网格内变电站的数量为1个，执行步骤4；若网格内变电站的数量为2个，执行步骤5；若网格内变电站的数量大于2个，执行步骤6；
步骤4，网格内的1个变电站与该网格内的全部电动汽车充电基础单元对应；
步骤5，网格内的2个变电站连线的垂直平分线与网格边界相交，将该网格划分为两个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应；
步骤6，以网格内变电站的坐标为顶点，将其中相近的三点构成三角形，构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，其中任何一个Delaunay三角形的外接圆内不能包含其他离散点；并且两个相邻的Delaunay三角形构成凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大；从三角形外心向各个边绘制垂直平分线，将网格划分为多个多边形供电分区，每个变电站与相同供电分区内的电动汽车充电基础单元对应；
步骤7，汇总步骤4至6中划分和对应结果，构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。
2.根据权利要求1所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤1具体包括：获取配电网的网格划分数据，在地图上绘制区域的网格划分情况，建立坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤2具体包括：将电动汽车充电站作为电动汽车充电基础单元，或将停车场中的电动汽车充电桩视为一个整体，形成电动汽车充电桩聚集点，作为电动汽车充电基础单元。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤2具体包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取电动汽车充电基础单元的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤3具体包括：以步骤1的网格划分结果和坐标系，获取变电站的坐标点，在配电网网格划分图上绘制离散点图。
6.根据权利要求1所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤6具体包括：根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分，连接Delaunay三角形的外心，对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与网格边界相交，与网格一起构成泰森多边形，通过绘制泰森多边形，对电动汽车充电基础单元进行供电分区划分。
7.根据权利要求6所述的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，其特征在于：
步骤7具体包括：汇总步骤4至6中划分和对应结果，将每个多边形内的变电站与电动汽车充电基础单元进行匹配，再将每个配电网网格与其所包含的多边形建立关联关系，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识。
8.一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识系统，运行根据权利要求1至7中任一项所述的基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识方法，包括：数据采集模块，图形生成模块，供电区域划分模块，并网拓扑辨识模块和输出模块；其特征在于：
数据采集模块，用于获取区域配电网拓扑结构、网架结构、组网方式和区域地图；
图形生成模块，用于在区域地图上建立坐标系，对区域配电网进行网格划分，将电动汽车充电基础单元和变电站以离散点的形式绘制到区域地图；
供电区域划分模块，用于将区域配电网进行网格进一步划分为多个供电区域；
并网拓扑辨识模块，用于构建区域变电站-电动汽车充电基础单元匹配表以及网格-多边形关联关系表，完成基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识；
输出模块，用于将并网拓扑辨识模块的电动汽车并网拓扑辨识结果进行输出。
9.根据权利要求8的一种基于电网网格化划分的电动汽车并网拓扑辨识系统，其特征在于：
所述供电区域划分模块用于构建Delaunay三角网，对于平面上的n个离散点，其平面坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,n，将其中相近的三点构成三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点，根据Delaunay三角网绘制泰森多边形，对供电分区进行划分。
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