一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng)汽車充電站建模方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)可靠性評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng) 汽車充電站建模方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在環(huán)境污染和能源短缺的雙重壓力下，具有清潔、無(wú)污染和節(jié)能優(yōu)勢(shì)的電動(dòng)汽車 已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的重要研宄內(nèi)容。從電力系統(tǒng)角度對(duì)電動(dòng)汽車的研宄主要集中在其動(dòng) 力電池屬性上，大規(guī)模電動(dòng)汽車接入后將使配電網(wǎng)的電能峰值需求增加，無(wú)序模式下的充 電負(fù)荷勢(shì)必會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的可靠性造成一定的影響。
[0003] 隨著電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)（VehicletoGrid，V2G)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車接入作為 充電負(fù)荷的同時(shí)也可以作為移動(dòng)的儲(chǔ)能裝置向電網(wǎng)放電，從而可以提高配電網(wǎng)的可靠性； 此外可入網(wǎng)電動(dòng)汽車的接入使得配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上與傳統(tǒng)配電網(wǎng)有較大差異，傳 統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法存在一定的缺陷，因此研宄含電動(dòng)汽車的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估對(duì)充分發(fā) 揮電動(dòng)汽車的雙重角色具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 目前將電動(dòng)汽車看作儲(chǔ)能裝置接入對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響是一個(gè)比較新穎的問(wèn) 題。當(dāng)前作為儲(chǔ)能裝置的電動(dòng)汽車研宄主要集中在利用其調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，消納新能 源及在分布式電源和微電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，而在可靠性評(píng)估層面，現(xiàn)有的研宄主要探討了 電動(dòng)汽車接入的情況下發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，并沒(méi)涉及配電網(wǎng)可靠性評(píng)估且電動(dòng)汽車 僅作為充電負(fù)荷，增加了配電網(wǎng)的峰值負(fù)荷壓力且無(wú)法發(fā)揮電動(dòng)汽車作為儲(chǔ)能的作用。有 少數(shù)雖然研宄了電動(dòng)汽車負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)可靠性影響的量化分析，但沒(méi)有涉及到電動(dòng)汽車出 力建模，此外對(duì)于隨機(jī)分散在配電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車簡(jiǎn)單的采用V2G技術(shù)恢復(fù)供電過(guò)于理 想、操作難度較大且很難治理諧波污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng) 估的電動(dòng)汽車建模方法及其應(yīng)用，以期能建立更加符合實(shí)際的電動(dòng)汽車出力模型，從而提 高電動(dòng)汽車集中優(yōu)化控制及其作為儲(chǔ)能裝置的利用率，有助于緩解配電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)缺電 壓力，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的可靠性。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0007]本發(fā)明一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng)汽車充電站建模方法及其應(yīng)用，所述配 電網(wǎng)含有電動(dòng)汽車；所述電動(dòng)汽車包括動(dòng)力電池和電機(jī)并在所述配電網(wǎng)中通過(guò)充電站和 集中充電模式進(jìn)行充電；假設(shè)所述配電網(wǎng)中含有H輛電動(dòng)汽車，記為V= {Vi，^，…，Vm，~ ，VH} ;Vm表示第m輛電動(dòng)汽車；1彡m彡H;其特點(diǎn)是，所述方法是按如下步驟進(jìn)行：
[0008] 步驟一、建立所述H輛電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)序模型：
[0009] 步驟1. 1、根據(jù)所述H輛電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將所述第m輛電 動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)離散為四個(gè)狀態(tài)，分別為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng)汽車充電站建模方法及其應(yīng)用，所述配電網(wǎng)含有 電動(dòng)汽車；所述電動(dòng)汽車包括動(dòng)力電池和電機(jī)并在所述配電網(wǎng)中通過(guò)充電站和集中充電模 式進(jìn)行充電；假設(shè)所述配電網(wǎng)中含有H輛電動(dòng)汽車，記為V= IV1, V2，…，Vm，…，VH} ;Vm表示 第m輛電動(dòng)汽車；I < m < H ;其特征是，所述方法是按如下步驟進(jìn)行： 步驟一、建立所述H輛電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)序模型： 步驟1. 1、根據(jù)所述H輛電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將所述第m輛電動(dòng)汽 車的運(yùn)行狀態(tài)離散為四個(gè)狀態(tài)，分別為勻m)、筆'")、和表示所述第m輛電動(dòng) 汽車動(dòng)力電池和電機(jī)的正常工作狀態(tài)，表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的故障狀態(tài) 和電機(jī)的正常工作狀態(tài)、矣m)表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的正常工作狀態(tài)和電機(jī)的 故障狀態(tài)、表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池和電機(jī)的故障狀態(tài)； 步驟1.2、建立第m輛電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)空間圖，并獲得所述運(yùn)行狀態(tài)空間圖的第m 個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Mm; 步驟1. 3、根據(jù)馬爾科夫過(guò)程逼近原理，獲得所述第m輛電動(dòng)汽車四個(gè)狀態(tài)的概率，分 別為/f)、/f)、P31'")和if); /f)表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池和電機(jī)的正常工作狀 態(tài)5廣）的概率；/f)表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的故障狀態(tài)和電機(jī)的正常工作狀 態(tài)的概率、P3(m)表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的正常工作狀態(tài)和電機(jī)的故障狀態(tài) 的概率、/f)表示所述第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池和電機(jī)的故障狀態(tài)^―的概率；并有 Σρ?Μ)=1; X=I 步驟1. 4、采用蒙特卡洛方法抽取服從均勻分布的隨機(jī)數(shù)和^>，并利用式（2)確 定所述第m輛電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)Sm:
利用式（3)抽取所述第m輛電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)際持續(xù)時(shí)間Tf
式（3)中：1^表不所述弟111_電動(dòng)汽罕從運(yùn)仃?duì)顟B(tài)Sm轉(zhuǎn)栘到其他三柙狀態(tài)的轉(zhuǎn)移次數(shù)， 是表示所述電動(dòng)汽車從運(yùn)行狀態(tài)移到其他三種狀態(tài)過(guò)程中第h個(gè)轉(zhuǎn)移次數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn) 移率； 步驟I. 5、設(shè)所述蒙特卡洛方法的仿真時(shí)間為Y年，在所述仿真時(shí)間Y年以△ T為時(shí)間 NxY 步長(zhǎng)獲得采樣時(shí)刻h，并有(.=Δ：Γχ/_: N表示一年的總小時(shí)數(shù)； Δ / 所述第m輛電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)在所述四個(gè)狀態(tài)中互相轉(zhuǎn)移，從而在仿真時(shí)間Y年內(nèi) 形成第m輛電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)序模型Φ (m) [t]，若采樣時(shí)刻&下第m輛電動(dòng)汽車的運(yùn) 行狀態(tài)為所述車動(dòng)力電池和電機(jī)的正常工作狀態(tài)5廣，則^(m)[ti] = 1，否則=0 ; 從而獲得所述H輛電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)在仿真時(shí)間Y年內(nèi)的時(shí)序模型為： {φω[?]，Φ(2)[?]， ···，lD(m)[t]， ···，Φ(Η)[?]}; 步驟二、建立所述H輛電動(dòng)汽車的時(shí)空分布模型： 步驟2. 1、令八111事件表示所述第m輛電動(dòng)汽車第一次出行開始時(shí)刻Tti處在集中充電 NxY 時(shí)段釔~tf之間，8_"事件表示所述第m輛電動(dòng)汽車最后一次出行結(jié)束時(shí) 刻2；匕 > 落在采樣時(shí)刻ti的一個(gè)鄰域內(nèi)，記作我Λ,|ΔΓ),則利用式（4)和式（5)分別獲得所 述A111事件的概率P (A111)和所述Bni事件的概率P (Ani):
式⑷和式（5)中，fstart(x)和fmd(x)分別表示所述第m輛電動(dòng)汽車在24小時(shí)中第一 次出行開始時(shí)刻I：=和最后一次出行結(jié)束時(shí)刻的概率密度函數(shù)； 步驟2.2、在所述集中充電模式下，在配電網(wǎng)中利用式（6)獲得采樣時(shí)刻&下所述第m 輛電動(dòng)汽車的可調(diào)度概率:
步驟2. 3、假設(shè)配電網(wǎng)中有W負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，記為集合G = {Gp G2，…，Gj,…，Gw}，Gj表示第 j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，I < j < W ;利用式（7)建立采樣時(shí)刻&下配電網(wǎng)中第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)Gj對(duì)所 述第m輛動(dòng)汽車吸引度模型V,):
式（7)中，表示第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)對(duì)所述第m輛電動(dòng)汽車吸引度的權(quán)重系數(shù)； /f 表示第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)刻t 的有功負(fù)荷； 步驟2. 3、利用式（8)計(jì)算采樣時(shí)刻&下配網(wǎng)中第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)G ^所接入的電動(dòng)汽車 分布數(shù)量η』（τ ): η丨(ti)二 (8) 步驟三、基于dijkstra算法計(jì)算各充電站可集中充電的動(dòng)力電池的總數(shù)： 步驟3. 1、設(shè)配電網(wǎng)中有N座充電站，將所有帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)記為集合E = {E1，E2，···，E。，…EN};E。表示第σ個(gè)帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；l彡 σ彡N<W; 步驟3. 2、計(jì)算各充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到配電網(wǎng)中其它W-I個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的最短路徑： 步驟3. 2. 1、令所述配電網(wǎng)的W個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中任意兩個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)GJP Gb之間的距離為 I (a，b)，I < a，b < W ;其中，將所述第σ個(gè)帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)E。到第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)G』 的距離記為\(·/);定義循環(huán)次數(shù)z ;1彡z彡W-I ;初始化σ = I ;z = 1 ; 步驟3. 2. 2、令集合β匕]={￡；}，則集合0匕）在集合G中的補(bǔ)集記作 ={#) |Mf) ,利用式（9)獲得所述集合0_匕)中元素 E。到補(bǔ)集[/f)中任意元 素的距
步驟3. 2. 3、根據(jù)(&Γ1) = min{攻:"(》廣)| u_(lT> e 丨獲得負(fù)荷節(jié)點(diǎn);并利用 3 U ^σ)}和C/f) = {4σ) I e )}獲得更新集合0]σ);和更新集合： 步驟3. 2. 4、以負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為中間節(jié)點(diǎn)，對(duì)任意,利用式（10)獲得更新的距 離咫Od (^σ) ) = min {1? (10) 步驟3. 2. 5、z+l賦值給z，判斷z = W是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟3. 2. 6 ;否則，返回 步驟3. 2. 3 ; 步驟3. 2. 6、σ +1賦值給σ，判斷σ = N+1，是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟3. 3 ;否則， 返回步驟3. 2. 2 ; 步驟3. 3、利用式（11)獲得第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)內(nèi)的所有電動(dòng)汽車對(duì)第σ個(gè)帶有充電 站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)Ε。的選擇系數(shù)為；^
式（11)中，= minM/.,(幾 L/..:(幾…義,..（.川； 步驟3. 4、利用式（12)計(jì)算采樣時(shí)刻ti內(nèi)的第σ個(gè)帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)E?？杉?充電的動(dòng)力電池?cái)?shù)
步驟3. 5、利用式（13)獲得第σ個(gè)帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)E。采樣時(shí)刻、內(nèi)可集中充 電的動(dòng)力電池的總數(shù)
步驟四、建立基于可靠性評(píng)估的充電站出力時(shí)序模型： 步驟4. 1、假設(shè)第m輛電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池在采樣時(shí)刻&進(jìn)入充電站，則利用式（14) 和式（15)分別獲得第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在配電網(wǎng)無(wú)故障狀態(tài)的荷電狀態(tài)變化特征 SOC Ui+ Λ T) _"和在配電網(wǎng)故障狀態(tài)下的荷電狀態(tài)變化特征SOC (t d Λ T) m:
式（14)和式（15)中：/7以和分別為第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的充電效率和放電 效率；P);">(?,)和)分別表示第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在采樣時(shí)刻\充電功率和放電 功率，表示第m輛電動(dòng)汽車電池的額定容量，SOC Ui) m表示第m輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在 采樣時(shí)刻&下的荷電狀態(tài)值； 步驟4. 2、假設(shè)在任意時(shí)刻t。下配電網(wǎng)發(fā)生故障，故障時(shí)間為ttr;若存在第〇個(gè)帶有 充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)Ε。位于故障區(qū)域內(nèi)，則利用式（16)獲得第σ個(gè)帶有充電站的負(fù)荷節(jié)點(diǎn) Ε。在采樣時(shí)刻t i下的時(shí)序輸出功率(Ο，從而獲得所述N座充電站在仿真時(shí)間Y年內(nèi)的 出力時(shí)序模型為：{&(，)，A2⑴，··.，〇)，··.，'.(〇};
式（16)中：當(dāng) SOCai) ω> 0.2 時(shí)，ζ Jti) = 1，否則 ζ Jti) =0。
2. -種采用如權(quán)書要求1所述的用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng)汽車充電站建模方法 的應(yīng)用，其特征是： 在所述仿真時(shí)間Y年內(nèi)，抽取配電網(wǎng)中電氣元件的狀態(tài)，所述電氣元件的狀態(tài)分為故 障狀態(tài)和正常狀態(tài)；以所述出力時(shí)序模型4(〇，_··，4(〇^乍為孤島恢復(fù)供 電電源，采用所述蒙特卡洛方法對(duì)所述配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，并統(tǒng)計(jì)可靠性指標(biāo)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于配電網(wǎng)可靠性評(píng)估的電動(dòng)汽車充電站建模方法及其應(yīng)用，其特征是按如下步驟進(jìn)行：1建立電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)序模型；2建立電動(dòng)汽車時(shí)空分布模型；3基于dijkstra算法計(jì)算各充電站可集中充電的動(dòng)力電池的總數(shù)；4建立基于可靠性評(píng)估的充電站出力時(shí)序模型；5采用蒙特卡洛模擬的方法對(duì)含電動(dòng)汽車的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，統(tǒng)計(jì)可靠性指標(biāo)。本發(fā)明能建立更加符合實(shí)際的電動(dòng)汽車出力模型，從而提高電動(dòng)汽車集中優(yōu)化控制及其作為儲(chǔ)能裝置的利用率，有助于緩解配電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)缺電壓力，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的可靠性。
【IPC分類】H02J3-32, H02J7-00
【公開號(hào)】CN104734171
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510180855
【發(fā)明人】吳紅斌, 郭金金, 莊懷東
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日