一種基于兩階段優(yōu)化的電動汽車充電站選址定容方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于兩階段優(yōu)化的電動汽車充電站選址定容方法，屬于智能電網(wǎng) 技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上 升的危害加劇，電動汽車作為節(jié)能環(huán)保的新型交通工具已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展和競 爭的焦點，世界各國政府紛紛出臺相關(guān)政策推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與此同時，完善的充電 網(wǎng)絡(luò)是電動汽車產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石，尤其在電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，開展充電基礎(chǔ)設(shè) 施的規(guī)劃理論研究顯得更為重要。
[0003] -方面，電動汽車充電站作為一種城市交通公共服務設(shè)施，滿足了電動汽車用戶 充電的需求。另一方面，電動汽車充電站作為連接電網(wǎng)與電動汽車的接口，將電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)化 為電動汽車電能，實現(xiàn)了電動汽車大規(guī)模集中性的接入電網(wǎng)。隨著電動汽車的規(guī)?；l(fā)展， 電動汽車負荷需求及其特性對配電網(wǎng)的影響不容忽視，在充電站規(guī)劃的同時要考慮電動汽 車充電站接入對配電網(wǎng)的影響，保障電動汽車大規(guī)模接入下配電網(wǎng)安全經(jīng)濟的運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種基于兩階段優(yōu)化的電動汽 車充電站選址定容方法，同時考慮電動汽車充電需求及電動汽車充電站接入對配電網(wǎng)的影 響，保障電動汽車大規(guī)模接入下配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。
[0005] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于兩階段優(yōu)化的電動汽車充電站選址定容方法，在第一階段優(yōu)化過程中， 以最小化充電站投資運行成本為目標，得到充電站的位置選取和容量配置方案；在第二階 段優(yōu)化過程中，結(jié)合每個充電站的充電負荷及配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，以充電站接入電網(wǎng)的固定投資 成本和配網(wǎng)網(wǎng)損最小為目標，得到充電站接入電網(wǎng)的最優(yōu)方案。
[0007] 進一步的，在第一階段優(yōu)化過程中，目標函數(shù)為：
[0008] ⑴
[0009] (2)
[0010]
[0011] 其中，為候選充電站k的建設(shè)投資年費用；fk，2為候選充電站k的運行維護年 費用；X k為非負整數(shù)，表示候選充電站k的建設(shè)容量等級，若X ,為0則表示候選位置不建設(shè) 充電站；a為單位容量的充電站變壓器價格；b為單位容量的充電機價格；ek為候選充電站 k的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用；r。為投資回報率；z為運行年限；η為充電站的運行維護年費用按 照初期投資的百分比轉(zhuǎn)換系數(shù)；
[0012] 解算所述目標函數(shù)的約束條件為：
[0013] 4)電動汽車充電邏輯約束：
[0014] (4)
[0015] (5>
[0016] (6)
[0017] 其中，N為所有配網(wǎng)節(jié)點的集合；A為所有弧的集合；V為所有電動汽車的集合； 〇 jkv為變量參數(shù)，若電動汽車V經(jīng)過弧jk，則〇 jkv為1，否則σ jkv為〇 ;C為電動汽車電池 總?cè)萘浚籗〇C_、S〇Cnuj別為電池容量的上下限；B kv為第V輛車在路網(wǎng)中節(jié)點k處的剩余電 量，k為路網(wǎng)中第k個節(jié)點，V為第V輛車；Bjv為第V輛車在路網(wǎng)中節(jié)點j處的剩余電量； Rjv為第V輛車在路網(wǎng)中節(jié)點j處的充電電量；D jk為從路網(wǎng)節(jié)點j到節(jié)點k所消耗的電量； Rkv為第V輛車在路網(wǎng)中節(jié)點k處的充電電量；
[0018] 5)電動汽車充電站容量約束：
[0019]
C7.)
[0020] 其中，α v為電動汽車v所在車流的流量系數(shù)；γ為電動汽車行駛里程-電量轉(zhuǎn)換 系數(shù)；U為充電站標準單位容量；X k為充電站建設(shè)的容量等級；
[0021] 6)其他約束：
[0022] (8)
[0023]
[0024] 其中，Xniax為充電站建設(shè)的最高容量等級，為非負整數(shù)。
[0025] 進一步的，在第二階段優(yōu)化過程中目標函數(shù)為：
[0026]
[0027] (13)
[0028] (14)
[0029] 其中，C1表示新建線路的總投資成本最??；c 2表示配網(wǎng)網(wǎng)損最??；λ i表示投資成 本目標的系數(shù)；λ 2表示網(wǎng)損目標的系數(shù)；δ ik表示配網(wǎng)節(jié)點i與充電站k的連接情況，若 Slk等于0,則表示配網(wǎng)節(jié)點i與充電站k不相連，若δ ik等于1，則表明配網(wǎng)節(jié)點i與充電 站k之間相連；m表示每公里線路的建造成本；(Ui, Vi)表示配網(wǎng)節(jié)點i的坐標；（xk, yk)表 示充電站k的坐標；Plc]SSit( ·)表示t時刻配網(wǎng)網(wǎng)損的函數(shù)；Pk(t)表示第k個充電站t時 刻的有功功率；Qk(t)表示第k個充電站t時刻的無功功率;m為配網(wǎng)節(jié)點總數(shù)；h為充電站 總數(shù)；
[0030] 結(jié)算所述第二階段優(yōu)化過程中目標函數(shù)的約束條件為：
[0031] 5)接入約束：
[0032]
(15)
[0033] 6)支路潮流約束：
[0034] P1^ P lnax I e L (16)
[0035] 其中，P1為支路1的有功功率；P lniax為支路1的傳輸限值；L為所有支路的集合；
[0036] 7)配網(wǎng)節(jié)點功率平衡約束：
[0037]
(17)
[0038] 其中，PDl(t)、Qdi⑴分別為t時刻配網(wǎng)節(jié)點i上常規(guī)負荷的有功和無功功率； Ui (t)、Uj⑴分別為t時刻配網(wǎng)節(jié)點i和j的電壓幅值，Θ ^⑴=Θ i⑴-Θ j⑴，Θ i⑴、 Θ _,(t)分別為t時刻配網(wǎng)節(jié)點i和j的電壓相角；Gip B1,分別為配網(wǎng)節(jié)點導納矩陣第i行 第j列元素的實部與虛部；η為配網(wǎng)節(jié)點總數(shù)；
[0039] 8)節(jié)點電壓約束：
[0040] U SU1 ⑴彡 U (18)
[0041] 其中，分別為t時刻配網(wǎng)節(jié)點i的電壓幅值的上、下限。
[0042] 有益效果：本發(fā)明提供的基于兩階段優(yōu)化的電動汽車充電站選址定容方法，同時 考慮電動汽車充電需求及電動汽車充電站接入對配電網(wǎng)的影響，能夠降低充電站投資運行 成本，能夠減小電網(wǎng)側(cè)配網(wǎng)網(wǎng)損，保障電動汽車大規(guī)模接入下配電網(wǎng)安全經(jīng)濟的運行，促進 進一步降低對化石燃料的消耗，提高節(jié)能減排效益；同時使用的目標函數(shù)簡單，降低了計算 量，縮短了計算時間。
【附圖說明】
[0043] 圖1為交通流量年平均24小時變化圖；
[0044] 圖2為某地區(qū)33節(jié)點配電系統(tǒng)地理位置圖線；
[0045] 圖3為某地區(qū)25節(jié)點路網(wǎng)地理位置圖；
[0046] 圖4為采用所述優(yōu)化模型得出的充電站容量配置。
[0047] 圖5為采用所述優(yōu)化模型得出的充電站接入配電網(wǎng)位置。
【具體實施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0049] -種基于兩階段優(yōu)化的電動汽車充電站選址定容方法，在第一階段優(yōu)化過程中， 以最小化充電站投資運行成本為目標，得到充電站的位置選取和容量配置方案；在第二階 段優(yōu)化過程中，結(jié)合每個充電站的充電負荷及配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，以充電站接入電網(wǎng)的固定投資 成本和配網(wǎng)網(wǎng)損最小為目標，得到充電站接入電網(wǎng)的最優(yōu)方案。
[0050] 本發(fā)明說闡述的方法基于以下6點假設(shè)：
[0051] 1)候選充電站站址為路網(wǎng)的節(jié)點，即電動汽車用戶只能在路網(wǎng)的節(jié)點處充電；
[0052] 2)電動汽車用戶都是理性的，他們都沿著出發(fā)地與目的地之間的最短路徑行駛；
[0053] 3)電動汽車的電量消耗與行駛距離呈線性關(guān)系，即兩者之間成正比；
[0054] 4)電動汽車都為同一類型，它們具有相同的電池容量，即相同的最大行駛距離；
[0055] 5)出發(fā)時刻電動汽車電量不會較低，其中電動汽車總數(shù)量的30%具有95%電量， 40 %的電動汽車具有90 %電量，剩余30 %的電動汽車具有85 %電量；
[0056] 6)為了保證電動汽車電池的使用壽命，充電時電池不能過充，設(shè)電池能量上限 S〇C_為95% ;同時，為了消除用戶出行的擔憂，電池電量不能過低，設(shè)電池能量下限SOC _ 為 20%。
[0057] 同時，電動汽車流量分布采用重力引力模型描述：
[0058]
[0059] 其中，f表示點i、j之間的交通流量；COpWjS位于點i和點j的電動汽車用戶數(shù) 量；為點i和j之間的最短距離，最短路徑可以通過Di jkstra算法求出；b表示空間距 離對引力的影響程度；β表示電動汽車用戶數(shù)量與充電需求數(shù)量的關(guān)系；L表示特定網(wǎng)絡(luò) 模型的比例常數(shù)。需要注意的是，上述公式求出的交通流量為單位時間內(nèi)的車輛數(shù)。
[0060] 第一階段優(yōu)化過程中所述目標函數(shù)為：最小化充電站投資運行成本：
[0061] (:1)
[0062] (2.
[0063]
[0064] 其中，fkil為候選充電站k的建設(shè)投資年費用；f\2為候選充電站k的運行維護年 費用；X k為非負整數(shù)，表示候選充電站k的建設(shè)容量等級，若X ,為0則表示候選位置不建設(shè) 充電站；a為單位容量的充電站變壓器價格；b為單位容量的充電機價格；ek為候選充電站 k的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用；r。為投資回報率；z為運行年限；η為充電站的運行維護年費用按 照初期投資的百分比轉(zhuǎn)換系數(shù)；
[0065] 解算所述目標函數(shù)的約束條件為：
[0066] 7)電動汽車充電邏輯約束：
[0067] (4)
[0068] (3
[0069] (6)
[0070] 其中，N為所有配網(wǎng)節(jié)點的集合;A為所有弧的集合，弧即路網(wǎng)中線路；V為所有電 動汽車的集合；σ jkv為變量參數(shù)，若電動汽車V經(jīng)過弧jk，則〇 jkv為1，否則σ jkv為〇 ;弧 jk即首末端點為j、k的線路；C