CN116131265A - 一种配电网调控方法及系统 - Google Patents

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CN116131265A CN202211574154.2A CN202211574154A CN116131265A CN 116131265 A CN116131265 A CN 116131265A CN 202211574154 A CN202211574154 A CN 202211574154A CN 116131265 A CN116131265 A CN 116131265A
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Abstract

本发明涉及电力技术领域，公开了一种配电网调控方法及系统，所述方法包括：采集区域负荷数据和电动汽车充电数据。构建电动汽车充放电调控潜力模型，将所述电动汽车充电数据输入所述电动汽车充放电调控潜力模型进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力。构建基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，利用所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力对所述配电网调控模型进行求解，得到调控方案。综合考虑调控主体各方利益约束，兼顾电网、聚合商和用户利益需求的情况下制定了最佳的调控方案，能够提高调控效率和经济效益，保证配电网和聚合商的长期运营。

Description

一种配电网调控方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种配电网调控方法及系统。
背景技术
随着大规模电动汽车接入电网无序充放电，配电网的电能质量、可靠性和经济运行将受到影响，尤其可能加剧峰荷，给电网带来峰上加峰的负荷压力，从而容易造成输电线路或配电变压器重载和过载等问题。因此，如何制定合理且具有经济效益的配电网调控方案来进行电能调控是目前重要的研究问题。
现有一种基于用户经济收益最优化的电动汽车充放电调度方法，其通过获取电动汽车用户的行程规划信息，确定电动汽车电池特性以及电池内剩余电量的平均成本，获取分时电价信息，然后根据电动汽车电池特性以及电池内剩余电量的平均成本计算电动汽车的单位储能成本，并根据电动汽车接入电网的时间、用户行程信息以及电动汽车当前剩余电量，构建电动汽车充放电调度约束条件；最后，针对分时电价确定用户经济收益最优化的目标函数，并利用凸规划求解，得到最优的充放电调度计划。
然而，上述方法仅针对电动汽车用户的经济效益充放电调度，未考虑电网和聚合商的利益，忽略了配电网、聚合商和电动汽车用户的相互作用，存在调控效率和经济效益低，不利于配电网和聚合商的长期运营的缺陷。
发明内容
本发明为克服现有技术存在调控效率和经济效益低，不利于配电网和聚合商的长期运营的缺陷，提供一种配电网调控方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
第一个方面，本发明提出一种配电网调控方法，包括：
采集区域负荷数据和电动汽车充电数据。
构建电动汽车充放电调控潜力模型，将所述电动汽车充电数据输入所述电动汽车充放电调控潜力模型进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力。
构建基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，利用所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力对所述配电网调控模型进行求解，得到调控方案。
第二个方面，本发明还提出一种配电网调控系统，包括：
采集模块，用于采集区域负荷数据和电动汽车充电数据；
电动汽车充放电调控潜力模型，用于根据所述电动汽车充电数据进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力
调控模块，用于根据所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力构建调控方案，进行配电网调控。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过采集区域负荷数据和电动汽车充电数据，构建电动汽车充放电调控潜力模型和基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，充分考虑了电动汽车充放电调控潜力情况，结合了区域电动汽车的实际充电需求以及区域负荷数据，综合考虑调控主体各方利益约束，兼顾电网、聚合商和用户利益需求的情况下制定了最佳的调控方案，能够提高调控效率和经济效益，保证配电网和聚合商的长期运营，具有更强的调控空间和调控效果。
附图说明
图1为本申请实施例的配电网调控方法的流程图。
图2为本申请实施例的仿真基本负荷曲线图。
图3为本申请实施例的调控前后区域总负荷对比情况参考图。
图4为本申请实施例的调控前后区域充电负荷对比情况参考图。
图5为本申请实施例的配电网调控系统的架构图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例一
请参阅图1，本实施例提出一种配电网调控方法，包括以下步骤：
采集区域负荷数据和电动汽车充电数据。
构建电动汽车充放电调控潜力模型，将所述电动汽车充电数据输入所述电动汽车充放电调控潜力模型进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力。
构建基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，利用所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力对所述配电网调控模型进行求解，得到调控方案。
本实施例所提出的配电网调控方法，通过采集区域负荷数据和电动汽车充电数据，构建电动汽车充放电调控潜力模型和基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，充分考虑了电动汽车充放电调控潜力情况，结合了区域电动汽车的实际充电需求以及区域负荷数据，综合考虑调控主体各方利益约束，兼顾电网、聚合商和用户利益需求的情况下制定了最佳的调控方案，能够提高调控效率和经济效益，保证配电网和聚合商的长期运营，具有更强的调控空间和调控效果。
实施例二
本实施例中实施例一提出的配电网调控方法的基础上作出改进。
如图2所示，本实施例以某区域夏季工作日的典型常规日负荷曲线为调控目标曲线。电动汽车数量设置为1200辆，聚合商参与放、充电响应补贴标准分别为2.5元/千瓦时、1元/千瓦时，算例所覆盖的时间T为日前邀约响应的24个调控时段，电动汽车充放电及自身参数设置如表1所示。
表1电动汽车充放电及自身参数设置情况参考
Figure BDA0003989242910000031
本实施例中，所述电动汽车充电数据包括SOC状态、用户出行需求和充电功率。
本实施例中，所述电动汽车充放电调控潜力模型的约束条件包括电池安全约束、出行需求约束和充放电功率约束。
本实施例中，所述电池安全约束保证t时段新增的ΔSOCt确保充放电后的SOCt始终在电池的安全约束范围内，其具体表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000032
其中，ΔSOCt为t时段的电池荷电状态增量，SOC0为初始电池荷电状态值，SOCl为电池荷电状态下限，SOCh为电池荷电状态上限。
当电动汽车在t时刻之前的各时段一直以约束内的最大功率充电，且SOCt＝SOCh此时电动汽车的ΔSOCt最小，此时，电动汽车的放电容量最大：
Figure BDA0003989242910000041
其中，
Figure BDA0003989242910000042
为在满足电池安全约束下，t时段电池荷电状态最小增量，
Figure BDA0003989242910000043
表示k时段的电池荷电状态最大增量。
当电动汽车在t时刻之前的各时段一直以约束内的最大功率放电，且SOCt＝SOCh，此时电动汽车的ΔSOCt最大，此时，电动汽车的充电容量最大：
Figure BDA0003989242910000044
其中，
Figure BDA0003989242910000045
为在满足电池安全约束下，t时段电池荷电状态最大增量，
Figure BDA0003989242910000046
表示k时段的电池荷电状态最小增量。
本实施例中，所述出行需求约束确保用户结束充电后，电动汽车电池电量至少应能支撑用户一天的行程，其表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000047
其中，tl为电动汽车结束调控的时段，
Figure BDA0003989242910000048
表示k时段的电池荷电状态最大增量，Ld为用户的日行驶里程，Lr为电动汽车的续航里程。则在满足出行需求约束下，t时段电池荷电状态最小增量
Figure BDA0003989242910000049
的表达式如下所示：
Figure BDA00039892429100000410
其中，Cb为电动汽车的电池容量，tr为停车时刻，PN为电动汽车充电桩的额定充电功率，Δt为单位响应调度的时长。
上式表明，若t时段之后的时段持续充电能够满足用户的出行需求，则t时段用户电池电量可以放到最小值；若t时段之后的时段持续充电不能满足用户的出行需求，则t时段用户电池增量需要考虑出行需求的限制。
本实施例中，所述充放电功率约束确保除了电池和需求约束，电动汽车的充放电过程还受充电桩的功率限制，即不能超过额定限值，其表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000051
Figure BDA0003989242910000052
其中，
Figure BDA0003989242910000053
为在满足充放电功率约束下，t时段电池荷电状态最小增量；
Figure BDA0003989242910000054
为在满足充放电功率约束下，t时段电池荷电状态最大增量。
综上，电动汽车充放电调控潜力的表达式如下所示：
[ΔSOCmin,tCb,ΔSOCmax,tCb]
其中，ΔSOCmin,t为在满足约束条件下t时段电池荷电状态最小增量，ΔSOCmax,t为在满足约束条件下t时段电池荷电状态最小增量，具体的表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000055
Figure BDA0003989242910000056
本实施例中，以平抑电网负荷波动为目标，以各电动汽车电池容量、充放电功率、充放电时间及电动汽车出站时电量、聚合商净利润、电动汽车用户净充电成本为约束，以Δt为单位响应调度的时长，将各电动汽车在停驶状态下各时刻的充放电功率作为优化控制变量，建立基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型：
所述配电网调控模型的目标函数的表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000057
其中，F1为电网日负荷波动均方根，T为充放电负荷测量的时刻数量，N为电动汽车的数量，P(t)为系统在第t个时刻的常规负荷；PEV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充放电功率：当PEV,i(t)>0时，表示电动汽车正在进行充电；当PEV,i(t)<0时，表示电动汽车正在放电；当PEV,i(t)＝0时，表示车网间无功率流动；
Figure BDA0003989242910000058
为计及充放电功率的电网日平均负荷，P(t)为系统在第t个时刻的日常规负荷。
所述配电网调控模型的约束条件包括电池荷电状态约束、充放电功率约束、用户充电需求约束和聚合商收益约束；
设定荷电状态的最低值为SOCmin，低于此值时，电池停止放电，并设定荷电状态的最高值为SOCmax，高于此值时停止充电。所述电池荷电状态约束的表达式如下所示：
SOCmin,i≤SOCi(t)≤SOCmax,i
其中，SOCi(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的荷电量；SOCmin,i为第i辆电动汽车的最低荷电量限值，SOCmax,i为第i辆电动汽车的最高荷电量限值。
其中，第i辆电动汽车在第t+1个时刻的荷电量可由下式求出：
Figure BDA0003989242910000061
其中，PEV,i(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的充放电功率；Ci为第i辆电动汽车的电池容量，Δt为单位响应调度的时长。
V2G技术可以实现电动汽车与电网之间能量的双向流通，在负荷低谷期电网向电动汽车充电，而在负荷高峰期电动汽车向电网进行放电，因而电动汽车充放电率在最大放电功率(负值)与最大充电功率(正值)之间变化，因此所述充放电功率约束的表达式如下所示：
Pdmin,i(t)≤PEV,i(t)≤Pcmax,i(t)
其中，PEV,i(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的充放电功率；Pdmin,i(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的最大放电功率；Pcmax,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的最大充电功率；
为了保证电动汽车离开充电站后，车辆电池电量可以满足用户的出行需求，用户可自定义车辆离开时的目标电池容量，所述用户充电需求约束的表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000062
其中，SOCi(tout,i)为第i辆电动汽车出站时刻的荷电状态，SOCi(tin,i)为第i辆电动汽车进站时刻的荷电状态，SOCneed,i表示满足第i辆电动汽车用户出行需求而设定的荷电状态，实际中可以根据用户的下一次出行需求来设置；PEV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充放电功率；tin,i为第i辆电动汽车的进站时间；tout,i为第i辆电动汽车的出站时刻；Δt为单位响应调度的时长；
聚合商参与调度响应的成本包括对用户参与有序充放电调度响应的补贴(分成充电响应和放电响应两部分)，收益则是来自电网公司的补偿费和服务费的收入，所述聚合商收益约束的表达式如下所示：
F＝f0-f3≥0
其中，f0为用户参与有序充放电的需求响应时，聚合商的服务费收入；f3聚合商对用户参与有序充放电调度响应的补偿费用。
本实施例中，所述用户参与有序充放电的需求响应时，聚合商的服务费收入f0的计算表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000071
Figure BDA0003989242910000072
，
Figure BDA0003989242910000073
其中，T为充放电负荷测量的时刻数量，Cser(t)为第t个时刻的充电服务价格；P′EV,I(t)为响应调度的第i辆电动汽车在第t个时刻的充电功率，N为电动汽车的数量，Δt为单位响应调度的时长。
本实施例中，所述聚合商对用户参与有序充放电调度响应的补偿费用f3包含用户参与有序充电响应和有序放电响应这两部分，其计算表达式如下所示：
f3＝f′3+f″3
其中，f′3为用户参与有序充放电调度时充电响应部分的补贴收益；F″3为用户参与有序充放电调度时放电响应部分的补贴收益。
用户参与有序充放电调度时充电响应部分的补贴收益f′3的计算表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000074
其中，T为充放电负荷测量的时刻数量，CDR为用户参与充电响应的补贴标准，P0(t)为无序充电下电动汽车在第t个时刻的总的充电负荷，N为电动汽车的数量，P′EV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充电功率，Δt为单位响应调度的时长。
用户参与有序充放电调度时放电响应部分的补贴收益f″3的计算表达式如下所示：
Figure BDA0003989242910000075
其中，Csell(t)为第t个时刻的放电激励电价，P″EV,i(t)为响应调度的第i辆电动汽车在第t个时刻的放电功率。
本实施例中，在得到调控方案之后，按照调控方案中每一时段的充电功率调控值对充电桩的充放电状态和功率值进行调整。在具体实施过程中，设置调控前、并利用本发明方法进行有序充电和有序充放电后来进行调控效果及指标对比。
表2调控前后指标对比情况参考
Figure BDA0003989242910000081
如图3、4和表2所示，本实施例所提出的方法在调控后和一般有序充电调控后区域负荷峰值分别削减了3884.4kW和3152.8kW，相比原来分别降低了17.7％和14.4％，本发明相比一般有序充电具有更大的可调控空间，在区域负荷高峰时段，电动汽车会减少充电或进行放电，相比有序充电仅调小充电功率，具有更好的削峰效果，同时负荷波动改善情况也比一般有序充电具有更佳的调控效果，由此验证了本发明的可行性和实用性。
实施例三
参阅图5，本实施例提出一种配电网调控系统，包括：
采集模块，用于采集区域负荷数据和电动汽车充电数据。
电动汽车充放电调控潜力模型，用于根据所述电动汽车充电数据进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力。
调控模块，用于根据所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力构建调控方案，进行配电网调控。
本实施例所提出的配电网调控系统，通过采集区域负荷数据和电动汽车充电数据，构建电动汽车充放电调控潜力模型和基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，充分考虑了电动汽车充放电调控潜力情况，结合了区域电动汽车的实际充电需求以及区域负荷数据，综合考虑调控主体各方利益约束，兼顾电网、聚合商和用户利益需求的情况下制定了最佳的调控方案，能够提高调控效率和经济效益，保证配电网和聚合商的长期运营，具有更强的调控空间和调控效果。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网调控方法，其特征在于，包括：
采集区域负荷数据和电动汽车充电数据；
构建电动汽车充放电调控潜力模型，将所述电动汽车充电数据输入所述电动汽车充放电调控潜力模型进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力；
构建基于电网、用户和聚合商参与的配电网调控模型，利用所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力对所述配电网调控模型进行求解，得到调控方案。
2.根据权利要求1所述的配电网调控方法，其特征在于，所述电动汽车充放电调控潜力模型的约束条件包括电池安全约束、出行需求约束和充放电功率约束；
所述电动汽车充放电调控潜力的表达式如下所示：
[ΔSOCmin,tCb,ΔSOCmax,tCb]
其中，Cb为电动汽车的电池容量；ΔSOCmin,t为在满足约束条件下t时段电池荷电状态最小增量，ΔSOCmax,t为在满足约束条件下t时段电池荷电状态最小增量，具体的表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000011
Figure FDA0003989242900000012
Figure FDA0003989242900000013
Figure FDA0003989242900000014
Figure FDA0003989242900000015
Figure FDA0003989242900000016
Figure FDA0003989242900000017
其中，
Figure FDA0003989242900000018
为在满足电池安全约束下，t时段电池荷电状态最小增量；
Figure FDA0003989242900000021
为在满足出行需求约束下，t时段电池荷电状态最小增量；
Figure FDA0003989242900000022
为在满足充放电功率约束下，t时段电池荷电状态最小增量；
Figure FDA0003989242900000023
为在满足电池安全约束下，t时段电池荷电状态最大增量；
Figure FDA0003989242900000024
为在满足充放电功率约束下，t时段电池荷电状态最大增量；SOC0为初始电池荷电状态值，SOCl为电池荷电状态下限，SOCh为电池荷电状态上限，t0为发车时刻；Ld为用户的日行驶里程，Lr为电动汽车的续航里程；tr为停车时刻；PN为电动汽车充电桩的额定充电功率。
3.根据权利要求2所述的配电网调控方法，其特征在于，所述电池安全约束的具体表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000025
其中，ΔSOCt为t时段的电池荷电状态增量；
所述出行需求约束的表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000026
其中，tl为电动汽车结束调控的时段，
Figure FDA0003989242900000027
表示k时段的电池荷电状态最大增量。
4.根据权利要求1所述的配电网调控方法，其特征在于，所述配电网调控模型的目标函数的表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000028
其中，F1为电网日负荷波动均方根，T为充放电负荷测量的时刻数量，N为电动汽车的数量，P(t)为系统在第t个时刻的常规负荷；PEV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充放电功率：当PEV,i(t)>0时，表示电动汽车正在进行充电；当PEV,i(t)<0时，表示电动汽车正在放电；当PEV,i(t)＝0时，表示车网间无功率流动；Pave为计及充放电功率的电网日平均负荷。
5.根据权利要求4所述的配电网调控方法，其特征在于，所述配电网调控模型的约束条件包括电池荷电状态约束、充放电功率约束、用户充电需求约束和聚合商收益约束；
所述电池荷电状态约束的表达式如下所示：
SOCmin,i≤SOCi(t)≤SOCmax,i
其中，SOCi(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的荷电量；SOCmin,i为第i辆电动汽车的最低荷电量限值，SOCmax,i为第i辆电动汽车的最高荷电量限值；
所述充放电功率约束的表达式如下所示：
Pdmin,i(t)≤PEV,i(t)≤Pcmax,i(t)
其中，PEV,i(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的充放电功率；Pdmin,i(t)为第i辆电动汽车在第t个时刻的最大放电功率；Pcmax,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的最大充电功率；
所述用户充电需求约束的表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000031
其中，SOCi(tout,i)为第i辆电动汽车出站时刻的荷电状态，SOCi(tin,i)为第i辆电动汽车进站时刻的荷电状态，SOCneed,i表示满足第i辆电动汽车用户出行需求而设定的荷电状态，实际中可以根据用户的下一次出行需求来设置；PEV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充放电功率；tin,i为第i辆电动汽车的进站时间；tout,i为第i辆电动汽车的出站时刻；Δt为单位响应调度的时长；
所述聚合商收益约束的表达式如下所示：
F＝f0-f3≥0
其中，f0为用户参与有序充放电的需求响应时，聚合商的服务费收入；f3聚合商对用户参与有序充放电调度响应的补偿费用。
6.根据权利要求5所述的配电网调控方法，其特征在于，所述用户参与有序充放电的需求响应时，聚合商的服务费收入f0的计算表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000032
其中，T为充放电负荷测量的时刻数量，Cser(t)为第t个时刻的充电服务价格；PE′V,i()为响应调度的第i辆电动汽车在第t个时刻的充电功率，N为电动汽车的数量，Δt为单位响应调度的时长。
7.根据权利要求5所述的配电网调控方法，其特征在于，所述聚合商对用户参与有序充放电调度响应的补偿费用f3的计算表达式如下所示：
f3＝f3′+f3″
其中，f′3为用户参与有序充放电调度时充电响应部分的补贴收益；f″3为用户参与有序充放电调度时放电响应部分的补贴收益；
用户参与有序充放电调度时充电响应部分的补贴收益f′3的计算表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000041
其中，T为充放电负荷测量的时刻数量，CDR为用户参与充电响应的补贴标准，P0(t)为无序充电下电动汽车在第t个时刻的总的充电负荷，N为电动汽车的数量，P′EV,i(t)为第i辆电动汽车第t个时刻的充电功率，Δt为单位响应调度的时长；
用户参与有序充放电调度时放电响应部分的补贴收益f″3的计算表达式如下所示：
Figure FDA0003989242900000042
其中，Csell(t)为第t个时刻的放电激励电价，P″EV,i(t)为响应调度的第i辆电动汽车在第t个时刻的放电功率。
8.根据权利要求1～7任一项所述的配电网调控方法，其特征在于，所述电动汽车充电数据包括SOC状态、用户出行需求和充电功率。
9.根据权利要求1～7任一项所述的配电网调控方法，其特征在于，所述调控方案包括每一时段的充电功率调控值，在得到调控方案之后，所述方法还包括：按照调控方案中每一时段的充电功率调控值对充电桩的充放电状态和功率值进行调整。
10.一种配电网调控系统，应用于如权利要求1～9任一项所述配电网调控方法，的其特征在于，包括：
采集模块，用于采集区域负荷数据和电动汽车充电数据；
电动汽车充放电调控潜力模型，用于根据所述电动汽车充电数据进行电动汽车充放电调控潜力评估，得到电动汽车充放电调控潜力；
调控模块，用于根据所述区域负荷数据和所述电动汽车充放电调控潜力构建调控方案，进行配电网调控。
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