CN117495610A - 一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型，该电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束，再基于构建的模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案。本设计利用电动汽车优化运行模型在保证系统可靠性的同时最小化系统综合成本，并且将孤岛模式下的功率支撑能力作为约束加入到电动汽车优化运行模型中，充分考虑了光储充换一体站的孤岛运行潜力。

Description

一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法、系统及设备
技术领域
本发明属于电动汽车光储充换一体站优化优化技术领域，具体涉及一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法、系统及设备。
背景技术
随着电动汽车的逐渐普及，电动汽车用户对于车辆补能的需求正日益增加且趋于多元化。传统的交流慢充和直流快充已经越来越难以满足这种多元化的车辆补能需求。电动汽车换电模式作为一种较新被投入市场的电动汽车补能方式，正受到越来越多的关注。然而，电动汽车换电模式要求运营商配置大量的电池，这会大大增加运营商的投资成本，并且，并非所有电动汽车都具备换电功能，这些电动汽车用户仍对于传统的充电模式有大量的需求。
面对以上问题，电动汽车光储充换一体站是一种可行的解决方案，其站内在配置了传统充电桩的同时配置了电动汽车换电设施以及电池充电设施，因此可以同时满足电动汽车用户的充电和换电需求。站内还配置了光伏和储能设施，降低了光储充换一体站对于配电网功率支撑的依赖程度。由于光储充换一体站内的元素众多，功率分配结构复杂，对其运行策略进行优化可以有效提升对于光伏的消纳能力，降低运营商的购电与运营成本。
另一方面，随着有源配电网的发展，其可靠性和脆弱性的问题日益凸显。由于光储充换一体站内配备有大量的电源，同时电动汽车充电桩和电池充电设施也可以采用V2G模式对电网进行反向供电，其具备一定的功率支撑能力。因此，如何在考虑孤岛运行潜力下优化电动汽车光储充换一体站运行策略，最小化系统的综合成本，保证系统可靠性，是目前重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够考虑光储充换一体站孤岛运行以及最小化系统综合成本的电动汽车光储充换一体站优化运行方法、系统及设备。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，所述优化运行方法包括以下步骤：
S1、构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型；所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束；
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充、换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；
S2、基于构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案。
所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
；
；
；
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；/>为电池充电设施的额定充放电功率；/>、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>为单台储能的初始电量；/>为一个典型日中任意一个时段；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；
所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的约束条件还包括交通约束、联网模式下的站内运行约束、联网模式下的配电网约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
第二方面，本发明提供一种电动汽车光储充换一体站优化运行系统，所述优化运行系统包括模型构建模块、仿真计算模块；
所述模型构建模块，用于构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型，该电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束；
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充、换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；
所述仿真计算模块，用于利用构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案。
所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
所述在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束为：
；
；
；
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；/>为电池充电设施的额定充放电功率；/>、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>为单台储能的初始电量；/>为一个典型日中任意一个时段；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；
所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的约束条件还包括交通约束、联网模式下的站内运行约束、联网模式下的配电网约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
第三方面，本发明提供一种电动汽车光储充换一体站优化运行设备，所述优化运行设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型，该电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束，再基于构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案；该设计将电力交通耦合网中的电动汽车、光储充换一体站以及基础负荷视为一整个系统，构建电动汽车优化运行模型，利用电动汽车优化运行模型在保证系统可靠性的同时最小化系统综合成本，并且将孤岛模式下的功率支撑能力作为约束加入到电动汽车优化运行模型中，充分考虑了光储充换一体站的孤岛运行潜力。因此，本发明不仅充分考虑了光储充换一体站的孤岛运行潜力，还能最小化系统综合成本、保证系统可靠性。
2、本发明一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法中，除孤岛模式下的功率支撑能力约束外，考虑电动汽车前往光储充换一体站的交通需求对交通流分配的影响，设置了交通约束；为促进光伏出力的就地消纳，设置了联网模式下的站内运行约束；为保证配电网安全运行，设置了联网模式下的配电网约束。因此，本发明考虑了电动汽车前往光储充换一体站的交通需求对交通流分配的影响，能够促进光伏消纳，以及保障配电网安全运行。
附图说明
图1为本发明所述优化运行方法的流程图。
图2为本发明所面向电动汽车光储充换一体站的结构示意图。
图3为实施例1中22节点配电网-16节点交通网的拓扑结构图。
图4为实施例1运行策略1得到的各个时间段电动汽车光储充换一体站所提供的充电和换电服务次数。
图5为实施例1运行策略1得到的各个时间段电动汽车光储充换一体站的充电能量需求。
图6为本发明所述优化运行系统的结构框图。
图7为本发明所述优化运行设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明所面向电动汽车光储充换一体站的结构如图2所示，包含电动汽车充电桩、电动汽车换电设施、电池充电设施、储能、光伏；当光储充换一体站所在的配电网节点因为事故或者灾害导致无法从配电网得到功率支撑时，光储充换一体站可以采用孤岛模式运行，将配网节点中的光储充换一体站和其它接入该节点的基础负荷视为一个微网，则光储充换一体站则可以作为临时电源为微网提供功率支撑，从而保证微网的基本内部运行直至配电网恢复供电。当光储充换一体站以联网模式运行时，其作为一个负荷由配电网提供部分功率支撑，站内电动汽车充电桩和电动汽车换电设施负责为电动汽车用户提供充换电服务，电池充电设施负责为置换下来待充电的动力电池充电，储能和光伏则为电动汽车充电桩和电池充电设施提供部分功率支撑；当光储充换一体站以孤岛模式运行时，站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能以及光伏均作为临时电源，向所接入的配电网节点中的重要负荷提供功率支撑。
实施例1：
参见图1，一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，依次按照以下步骤进行：
S1、构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型；所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充、换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；
由于电动汽车前往光储充换一体站的交通需求会影响交通流的分配，因此优化运行模型的约束条件包括交通约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；其中，所述交通需求与道路交通流量间的关系约束为：
；
；
上式中，为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为/>时段起讫点对/>采用路径的交通流量；/>为路径与道路的关联矩阵，/>时，路径/>包括道路/>，反之则不包括；/>为/>时段起讫点对/>所对应的总交通需求；/>为单位距离的能耗成本；
所述道路的交通容量约束为：
；
上式中，为道路/>所能容纳的交通流量上限；
所述充换电需求和交通流量间的关系约束为：
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的总重换电需求数量；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的换电需求数量；/>为所有车辆中产生充换电需求的电动汽车数量的最大比例；
联网运行模式下，光伏和储能可以向电动汽车充电桩和电池充电设施提供功率支撑，当站内的充电负荷低于光伏的输出功率时，储能可以储存部分光伏输出的电能，而在站内的充电负荷高于光伏的输出功率时，光伏出力可以全额就地消纳，同时配电网和储能为充电负荷提供功率支撑；在换电模式下，换电服务会消耗完成充电的电池并产生待充电的电池，因此需要对电池的充电计划进行优化，避开负荷高峰时段并促进光伏出力的就地消纳；因此，设置了联网模式下的站内运行约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；其中，所述光储充换一体站内的功率平衡约束为：
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处向光储充换一体站输出的功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内实际消纳的光伏功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内电动汽车充电桩的实际负荷；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的实际负荷；/>、/>分别为电动汽车充电桩和电池充电设施充电的能量转换效率；
所述电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束为：
；
；
上式中，为电池充电设施的额定充放电功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内进行充电的电池数量；/>为单台电动汽车的充换电能量需求；
所述光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；
所述光储充换一体站内储能的充放电功率约束为：
；
上式中，为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>、/>分别为单台储能的最大放电功率、最大充电功率；
所述光储充换一体站内储能的状态约束为：
；
上式中，、/>分别为储能能量状态的下限、上限；/>为单台储能的安装容量；为单台储能的初始电量；/>为一个典型日中任意一个时段；
所述光储充换一体站内的电池约束为：
；
；
；
；
上式中，、/>分别为/>时段、/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内待充电的电池数量；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内进行充电的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；
所述光储充换一体站的服务能力约束为：
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为单次充电时间；/>、/>分别为配网节点/>处光储充换一体站的充电、换电服务能力；/>、/>分别为配网节点/>处光储充换一体站内的充电桩数量、换电设施数量；
为保证配电网安全运行，设置了联网模式下的配电网约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；其中，所述配电网功率平衡约束为：
；
；
上式中，、/>分别为/>时段配电网节点/>上的有功功率和无功功率；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为/>时段配电网节点/>处基础无功负荷；/>为光储充换一体站的额定功率因数角；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路传输的有功功率的上限；
所述配电网节点电压约束为：
；
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>为配电网母线的额定电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>为/>时段配电网节点/>处的节点电压；
在孤岛模式下，光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施均可以向微网进行供电，考虑到光储充换一体站的功率支撑能力有限，在孤岛模式运行时，仅对微网所有负荷中优先级最高的一类负荷进行功率支撑；因此，设置了孤岛模式下的功率支撑能力约束；
所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
所述在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束为：
；
；
；
；
；
上式中，、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；
S2、基于构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案；所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
下面为验证本发明提出的一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法的有效性，将本发明所提的优化运行方法（作为策略1）与不使用孤岛运行模式的电动汽车光储充换一体站优化运行方法（作为策略2）、采用基于交通流量捕获的电动汽车光储充换一体站优化运行方法作对比（作为策略3），策略2中不考虑电动汽车光储充换一体站的孤岛运行能力，在灾害和故障发生时不对配电网进行功率支撑，策略3中不考虑充换电需求对于交通流量的再分配，而仅根据各条道路既定的交通流量模拟电动汽车的充换电需求；策略1-3均应用于如图3所示的22节点配电网-16节点交通网并进行仿真计算，所述22节点配电网-16节点交通网包括3个电动汽车光储充换一体站，其接入位置及其内部设施初始配置方案如表1所示：
表1、3个电动汽车光储充换一体站的接入位置及其内部设施初始配置方案
参数设置：单次充电服务的平均运营成本为5元，单次换电服务的平均运营成本为10元；单位购电成本为0.6元/千瓦时；电动汽车单位距离的能耗成本为0.3元/千米；单位时间成本为20元/小时；单位时长为1小时；车辆在道路上行驶的平均速度为50千米/小时；单次充电的平均耗时为0.5小时，单次换电的平均耗时为0.25小时；车辆中产生充换电需求的电动汽车数量的最大比例为0.2；电动汽车充电桩和电池充电设施充电的能量转换效率均为0.9；单台储能的安装容量为50千瓦时，单台储能的最大放电功率和最大充电功率均为50千瓦，单台储能的初始电量为20千瓦时；电池充电接口的额定功率为30千瓦；单个电动汽车充电桩的额定功率为120千瓦；单个电池的额定容量为80千瓦时，电量上限和下限分别为80千瓦时和10千瓦时；储能的能量状态的上限和下限分别为0.85和0.15；光储充换一体站的额定功率因数为0.9；配电网额定电压为10千伏，配电网母线电压的上限和下限分别为10.5千伏和9.5千伏；基础负荷中一类负荷的占比为0.3；孤岛运行模式的执行时长为0.5小时；一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本分别为25元/千瓦时、8元/千瓦时。
1、运行由策略1得到的优化运行方案，得到各个时间段电动汽车光储充换一体站所提供的充电和换电服务次数如图4所示，各个时间段电动汽车光储充换一体站的充电能量需求如图5所示；
由图4可以看出，电动汽车的充换电需求整体与交通规律相符，在早中晚三个交通高峰期时，充换电需求相对较大；由图5可以看出，在7-9点以及18-20点的时间区间内，换电服务的需求量相较于充电服务较多，而在其余时段充电服务的需求量相较于换电服务较多；这是由于在交通高峰期电动汽车的整体充换电需求也会较高，换电服务可以较为快速的满足电动汽车用户的补能需求，而在非交通高峰时段，需要为换电服务产生的待充电电池进行充电，以应对下一阶段的交通高峰时段。由于在高峰期采用了大量的换电服务，而换电服务不会立即向电网叠加充电负荷，这种充换电需求分布方式可以有效降低充电负荷接入对于电网负荷峰上加峰的程度。
2、运行由策略1-3得到的优化运行方案并计算各项经济性指标，计算结果如表2所示：
表2、各项经济性指标
/>
由表2可知，对比策略1与策略2，策略2在运营成本、购电成本以及行驶和能耗成本方面略优于策略1，这是由于该策略2没有针对孤岛运行模式考虑运行层面的功率冗余，而在失负荷成本方面，由于策略2不具备灾害和故障时对于所在配电网的功率支撑能力，所以其失负荷成本远远高于策略1；
对比策略1与策略3，策略3在运营成本、购电成本、行驶能耗和时间成本以及失负荷成本方面均高于策略1，但总的来看，采用策略1时分别比采用策略2、策略3时降低了14.34%、3.5%的系统综合成本。
综上所述，本发明所提出的一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法不仅考虑到了光储充换一体站在孤岛模式下的功率支撑能力，还具有最小化系统综合成本、提升系统可靠性的效果。
实施例2：
参见图6，一种电动汽车光储充换一体站优化运行系统，包括模型构建模块、仿真计算模块；所述模型构建模块用于构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型，所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，具体为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充、换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；/>
所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的约束条件包括交通约束、联网模式下的站内运行约束、联网模式下的配电网约束、孤岛模式下的功率支撑能力约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述交通需求与道路交通流量间的关系约束为：
；
；
上式中，为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为/>时段起讫点对/>采用路径的交通流量；/>为路径与道路的关联矩阵，/>时，路径/>包括道路/>，反之则不包括；/>为/>时段起讫点对/>所对应的总交通需求；/>为单位距离的能耗成本；
所述道路的交通容量约束为：
；
上式中，为道路/>所能容纳的交通流量上限；
所述充换电需求和交通流量间的关系约束为：
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的总重换电需求数量；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的换电需求数量；/>为所有车辆中产生充换电需求的电动汽车数量的最大比例；
所述光储充换一体站内的功率平衡约束为：
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处向光储充换一体站输出的功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内实际消纳的光伏功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内电动汽车充电桩的实际负荷；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的实际负荷；/>、/>分别为电动汽车充电桩和电池充电设施充电的能量转换效率；
所述电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束为：
；
；
上式中，为电池充电设施的额定充放电功率；/>为各个时段的单位时长；为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内进行充电的电池数量；/>为单台电动汽车的充换电能量需求；
所述光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；
所述光储充换一体站内储能的充放电功率约束为：
；
上式中，为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>、/>分别为单台储能的最大放电功率、最大充电功率；
所述光储充换一体站内储能的状态约束为：
；
上式中，、/>分别为储能能量状态的下限、上限；/>为单台储能的安装容量；为单台储能的初始电量；/>为一个典型日中任意一个时段；
所述光储充换一体站内的电池约束为：
；
；
；
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上式中，、/>分别为/>时段、/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内待充电的电池数量；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内进行充电的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；
所述光储充换一体站的服务能力约束为：
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；/>
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上式中，为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为单次充电时间；/>、/>分别为配网节点/>处光储充换一体站的充电、换电服务能力；/>、/>分别为配网节点/>处光储充换一体站内的充电桩数量、换电设施数量；
所述配电网功率平衡约束为：
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上式中，、/>分别为/>时段配电网节点/>上的有功功率和无功功率；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为/>时段配电网节点/>处基础无功负荷；/>为光储充换一体站的额定功率因数角；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路传输的有功功率的上限；
所述配电网节点电压约束为：
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上式中，为/>时段配电网节点/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>为配电网母线的额定电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>为 />时段配电网节点/>处的节点电压；
所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
所述在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束为：
；
；
；/>
；
；
上式中，、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；
所述仿真计算模块用于利用构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案，所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
实施例3：
参见图7，一种电动汽车光储充换一体站优化运行设备，包括存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行实施例1所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，其特征在于：
所述优化运行方法包括以下步骤：
S1、构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型；所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束；
所述目标函数为：
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；
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；
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；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充、换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；
S2、基于构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，其特征在于：
所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
所述在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束为：
；
；
；
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；为电池充电设施的额定充放电功率；/>、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>为单台储能的初始电量；为一个典型日中任意一个时段；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；
所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的约束条件还包括交通约束、联网模式下的站内运行约束、联网模式下的配电网约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车光储充换一体站优化运行方法，其特征在于：
所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
4.一种电动汽车光储充换一体站优化运行系统，其特征在于：
所述优化运行系统包括模型构建模块、仿真计算模块；
所述模型构建模块，用于构建考虑孤岛运行潜力的电动汽车光储充换一体站优化运行模型，该电动汽车光储充换一体站优化运行模型的目标函数为系统综合成本最小，约束条件包括孤岛模式下的功率支撑能力约束；
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为电动汽车光储充换一体站的运营成本；/>为电动汽车光储充换一体站的购电成本；/>为电动汽车的行驶能耗成本；/>为电动汽车的通行和充换电时间成本；/>为失负荷损失成本；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量、换电需求数量；/>、/>分别为光储充换一体站的单位次数的充换电服务的平均运营成本；/>为单位购电成本；/>为单位距离的能耗成本；/>为单位时间成本；/>为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站输出的功率；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段道路/>上的总交通流量；/>为道路/>的长度；/>为车辆在道路上行驶的平均速度；/>、/>分别为单次充电时间、单次换电服务时间；/>、/>分别为一类负荷和其他负荷的单位失负荷成本；/>为基础负荷中一类负荷的占比；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为发生故障和灾害的时段；
所述仿真计算模块，用于利用构建的电动汽车光储充换一体站优化运行模型进行仿真计算，输出优化后的电动汽车光储充换一体站运行方案。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车光储充换一体站优化运行系统，其特征在于：
所述孤岛模式下的功率支撑能力约束包括采用孤岛模式运行时的功率平衡约束、在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束；其中，所述采用孤岛模式运行时的功率平衡约束为：
；
上式中，、/>、/>、/>分别为采用孤岛运行模式时/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站内电动汽车充电桩、电池充电设施、储能、光伏向外输出的功率；/>为基础负荷中一类负荷的占比；
所述在孤岛运行模式下的光伏、储能、电动汽车充电桩和电池充电设施输出功率约束为：
；
；
；
；
；
上式中，为/>时段配电网节点/>处的光储充换一体站承担的充电需求数量；/>为电动汽车充电桩的充放电功率；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内电池充电设施的数量；为电池充电设施的额定充放电功率；/>、/>分别为电池电量的上限、下限；/>为孤岛运行模式的最短执行时长；/>为/>时段配网节点/>处光储充换一体站内充电完成的电池数量；/>为配电网节点/>处光储充换一体站内储能系统的数量；/>为单台储能的初始电量；为一个典型日中任意一个时段；/>为各个时段的单位时长；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内光伏的实时最大功率；/>为/>时段配电网节点/>处光储充换一体站内的输出输入功率，/>时储能放电，/>时储能充电；
所述电动汽车光储充换一体站优化运行模型的约束条件还包括交通约束、联网模式下的站内运行约束、联网模式下的配电网约束；所述交通约束包括交通需求与道路交通流量间的关系约束、道路的交通容量约束、充换电需求和交通流量间的关系约束；所述联网模式下的站内运行约束包括光储充换一体站内的功率平衡约束、电动汽车充电负荷和电池充电负荷约束、光伏出力约束、光储充换一体站内储能的充放电功率约束、光储充换一体站内储能的状态约束、光储充换一体站内的电池约束、光储充换一体站的服务能力约束；所述联网模式下的配电网约束包括配电网功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
6.根据权利要求4所述的一种电动汽车光储充换一体站优化运行系统，其特征在于：
所述电动汽车光储充换一体站运行方案包括充电服务的运营策略、换电服务的运营策略、光伏的消纳策略、电池充电设施的运行策略、储能的运行策略以及以孤岛模式运行时的运行策略。
7.一种电动汽车光储充换一体站优化运行设备，其特征在于：
所述优化运行设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1至3任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的方法。
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