本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行領(lǐng)域，涉及一種電動汽車接入配電網(wǎng)以后隨機模糊潮流的分析方法。

背景技術(shù)：

電動汽車(electricvehicle，EV)作為一種清潔環(huán)保的新型交通工具，其推廣使用是未來解決化石能源危機和環(huán)境污染問題的有效途徑。隨著日常生活中電動汽車的使用率不斷提高，因充電行為的不確定性而帶來的一系列問題對電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響。如何合理分析和預(yù)測電動汽車的充電負荷是智能電網(wǎng)環(huán)境下優(yōu)化能源配置的重要前提條件。不確定理論為預(yù)測充電車流量，建立電動汽車充電站日負荷模型提供了有效的理論方法，依此開展交通路網(wǎng)上充電站日負荷建模及其接入配電網(wǎng)影響的研究，對提高配電網(wǎng)可靠性，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有積極意義。

由于國家政策對電動汽車產(chǎn)業(yè)的扶持與推廣，電動汽車用戶與日俱增，大規(guī)模電動汽車充電負荷接入到配網(wǎng)，對配網(wǎng)的負荷造成了直接的影響，從而帶來了一系列的問題。包括對配網(wǎng)的潮流分布如負荷曲線、電壓水平、網(wǎng)絡(luò)損耗等，隨著充電負荷量的增加，對配網(wǎng)甚至是主網(wǎng)產(chǎn)生了沖擊，影響了供電可靠性可電能質(zhì)量。配網(wǎng)中的電動汽車在接入網(wǎng)絡(luò)時，具有時間和空間上的隨機性，對網(wǎng)絡(luò)的影響具有多重不確定性和模糊性，同時也給城市電網(wǎng)規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)，這一問題也引起了相關(guān)科研機構(gòu)和國內(nèi)外學者的關(guān)注。

綜上，電動汽車充電負荷主要是從配網(wǎng)接入到電力系統(tǒng)，對配電網(wǎng)的影響最為直接。因此，分析電動汽車接入配網(wǎng)后隨機模糊潮流，對動汽車充電負荷接入配網(wǎng)后改善供電可靠性和安全性具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)擬解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有研究的不足，本發(fā)明“一種考慮電動汽車接入配電網(wǎng)后隨機模糊潮流的分析方法”，提出由于電動汽車充電負荷具有隨機模糊性，配網(wǎng)中大規(guī)模的電動汽車充電負荷會引起負荷的增長，若不對用戶的充電行為加以引導，會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性造成不可忽視的影響，因此，采用合理的方法分析電動汽車接入配電網(wǎng)的的隨機模糊潮流對配網(wǎng)和電力系統(tǒng)的安全性可靠性至關(guān)重要。

技術(shù)方案：電動汽車接入配電網(wǎng)以后隨機模糊潮流的分析方法，該方法包括如下幾步：

步驟1：通過概率統(tǒng)計方法對負荷轉(zhuǎn)移特征進行分析，從而建立分時電價背景下的負荷轉(zhuǎn)移模型；對模糊參數(shù)特性進行挖掘，建立日車流量隨機模糊模型；采用轉(zhuǎn)換因子實現(xiàn)車流量與一定滲透率下電動汽車充電量之間建立關(guān)聯(lián)，進而建立日充電電動汽車隨機模糊模型；

步驟2：建立電動汽車充電負荷模型，得到隨機模糊需求響應(yīng)充電負荷；并將其納入調(diào)度計劃，參與系統(tǒng)負荷的調(diào)度優(yōu)化，構(gòu)建分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型；

步驟3：通過模擬電動汽車充電負荷接入配網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)負荷功率、電壓水平、網(wǎng)絡(luò)損耗三個參數(shù)的變化，進行隨機模糊潮流分析。

有益效果：本發(fā)明為適應(yīng)電動汽車的發(fā)展趨勢，通過潮流分析采用合理的用戶引導策略，對配網(wǎng)和電力系統(tǒng)的安全性可靠性至關(guān)重要。

附圖說明

圖1為33節(jié)點配電網(wǎng)拓撲圖；

圖2為電動汽車接入前配網(wǎng)負荷曲線；

圖3為電動汽車接入配網(wǎng)后的配網(wǎng)負荷曲線；

圖4為電動汽車負荷未接入配網(wǎng)時的電壓；

圖5為電動汽車負荷接入配網(wǎng)后的電壓曲線；

圖6為未接入電動汽車充電負荷的配網(wǎng)網(wǎng)損曲線；

圖7為電動汽車充電負荷接入配網(wǎng)后的網(wǎng)損曲線。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方案及附圖做進一步描述。以下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)建立分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)模型

⑴分時電價下負荷響應(yīng)模型

通過對特定地區(qū)大量的負荷數(shù)據(jù)及車流量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。將一天劃分為四種不同電價時段，電價類型發(fā)生改變時，即有四種轉(zhuǎn)移情形，通過概率統(tǒng)計方法對四種情形下負荷轉(zhuǎn)移特征進行分析，采用適當分布模型對轉(zhuǎn)移率進行擬合得到模型。分析兩市四種類型時段的用電負荷數(shù)據(jù)，獲取該類型時段日平均用電負荷量，求取平-高，高-尖，尖-平，平-谷四種情形時的負荷轉(zhuǎn)移率并分別進行統(tǒng)計。采用K-S校驗法在置信率為0.05時對每種情形的負荷轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)進行判斷，發(fā)現(xiàn)上述4中情形的負荷轉(zhuǎn)移率分布均可用高斯(Gaussian)分布擬合，如式所示。

式中，r表示轉(zhuǎn)移率，a、b、c為高斯分布參數(shù)。

⑵分時電價隨機模糊需求響應(yīng)車流量模型

若某時段車流量用用隨機模糊變量表示，則其高斯分布的機會測度分布函數(shù)可表示為：

式中為高斯分布參數(shù)的隨機模糊表達。

根據(jù)電價類型得出了四種情形的負荷轉(zhuǎn)移分布模型，對模型進行逆變換獲取隨機負荷轉(zhuǎn)移率：

基于車流量高斯分布機會測度分布函數(shù)，在t時段參數(shù)a_t、b_t、c_t各自置信區(qū)間內(nèi)抽取一組滿足可能性Pos{·}≥ε的值作為該時段對應(yīng)的車流量高斯分布參數(shù)，代入機會測度分布函數(shù)的逆函數(shù)，則t時段的隨機模糊車流流量可表達為：

城市道路車流量、汽車保有量和非使用狀態(tài)其車輛存在著一定的聯(lián)系，采用車流量轉(zhuǎn)換因子表述車流量與非使用狀態(tài)汽車量的關(guān)系，所以根據(jù)各時段隨機模糊車流量可以獲取非使用狀態(tài)的汽車隨機模糊量。τ的取值近似為時間變量，函數(shù)圖形近似為一個開口向上的二次函數(shù)，在電動汽車不同滲透率下，各時段非使用狀態(tài)的電動汽車隨機模糊變量為：

N_{ev_t}＝per_evτ_tN_t (5)

式中，per_ev為電動汽車滲透率；τ為轉(zhuǎn)換因子；N_{ev_t}為非使用狀態(tài)的電動汽車隨機模糊量。

非使用狀態(tài)的電動汽車用戶由于電價政策的引導，在電價類型發(fā)生改變時會將電動汽車的充電狀態(tài)做出相應(yīng)調(diào)整，其中，非使用狀態(tài)中處于充電狀態(tài)的比例為，且為時間變量函數(shù)，在各個時段服從既定分布，所以電價響應(yīng)車流量可表達為：

N_{evDR_t}＝per_evτ_tN_tθ_tr (6)

2)計及電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型

⑴電動汽車充電負荷的電價響應(yīng)模型的建立

①分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化

實施分時電價政策后的負荷可表達為：

式中，t表示時間；L為分時電價擬合負荷；L₀為實施分時電價前的負荷；r_{pgu_TOU}、r_pgu分別為實行分時電價前和分時電價后“平-谷”情形負荷轉(zhuǎn)移率；r_{pgao_TOU}、r_pgao分別為實行分時電價前和分時電價后“平-高”情形負荷轉(zhuǎn)移率；r_{jp_TOU}、r_jp分別為實行分時電價前和分時電價后“尖-平”情形負荷轉(zhuǎn)移率；r_{gaoj_TOU}、r_gaoj為實行分時電價前和分時電價后“高-尖”情形負荷轉(zhuǎn)移率。T_gao是高峰時段；T_gu是谷時段；T_j是尖峰時段。

②電動汽車充電負荷建模

綜合考慮電動汽車隨機模糊充電車流量、起始荷電狀態(tài)、充電時間。先從電動汽車充電數(shù)量入手，獲取電動汽車的充電規(guī)模；起始荷電狀態(tài)是指電動汽車每一次返程到達充電地點，并開始充電時電池內(nèi)的剩余電荷量；充電時間取決于電動汽車的充電功率、電池容量和起始SOC。一般認為，當電荷量充至電池總?cè)萘康?8％時即可判定為充滿。t時刻的電動汽車充電負荷可表達為：

p_ev(t)＝p_chargeN_ev(t) (8)

式中，N_ev表示電動汽車充電規(guī)模，P_charge為充電功率，單位KW。

⑵分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化及算法

將電動汽車充電負荷引入日前調(diào)度計劃中將能有效調(diào)系統(tǒng)運行的備用率，也能對負荷曲線實現(xiàn)削峰平谷。電動汽車用戶可以根據(jù)個人意愿向調(diào)控中心提交用電計劃，以簽訂合同形式商定參與負荷調(diào)度的電量，延遲時間及補償價格。本文采取以價格補償?shù)姆绞揭龑щ妱悠囇訒r充電。參與調(diào)度的充電電動汽車調(diào)度成本為：

式中，C_gv為電動汽車調(diào)度成本；為t時段第j量充電電動汽車的調(diào)用狀態(tài)，1為是，0為否；prc_gv為補償價格。

為了減少負荷調(diào)度對電動汽車使用的不利影響，所以每輛電動汽車一天只響應(yīng)一次負荷調(diào)度，同時充電時延滿足：

0≤T_delay≤T_start-T_end-T_charge+24 (10)

式中，T_delay、T_star、T_end、T_charge分別表示充電時延，出行起始時間，出行結(jié)束時間，電動汽車充電完成所需時間。

模型求解方法及流程采用基于NSGA-II改進算法對考慮協(xié)調(diào)用戶與發(fā)電端調(diào)度成本最小的目標函數(shù)模型進行求解。由于機組啟停狀態(tài)屬于離散變量，而NSGA-II只能解連續(xù)變量多目標問題，因此，在求解過程中先根據(jù)約束條件確定機組的運行狀態(tài)和電動汽車響應(yīng)充電負荷調(diào)用量，然后采用二次規(guī)劃算法求取發(fā)電機組的最優(yōu)出力組合，最后用NSGA-II算法對目標函數(shù)求取最優(yōu)解。

3)分析電動汽車接入配網(wǎng)下隨機模糊潮流的方法

⑴配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

研究均采用IEEE33節(jié)點系統(tǒng)模擬配電網(wǎng)，分析電動汽車負荷接入網(wǎng)絡(luò)時對配網(wǎng)運行狀態(tài)的影響。電動汽車負荷接入電網(wǎng)產(chǎn)生的影響與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)負荷及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，為定性分析影響的因素，設(shè)定將電動汽車負荷從節(jié)點8接入系統(tǒng)，并以恒功率因數(shù)模式下進行充電。

⑵電動汽車接入配電網(wǎng)隨機模糊潮流分析：

①電動汽車充電負荷對配網(wǎng)負荷曲線的分析：未接入電動汽車充電負荷時，配網(wǎng)的負荷曲線比較平穩(wěn)，有功功率和無功功率都穩(wěn)定在一定范圍，波動較小。當電動汽車充電負荷的接入網(wǎng)絡(luò)時，總體而言，配網(wǎng)的負荷曲線產(chǎn)生的很大的變化，抬高了網(wǎng)絡(luò)的有功、無功功率曲線，同時使得負荷的曲線的波動增大。而采用基于分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)調(diào)度優(yōu)化模型后的配網(wǎng)有功無功功率波動明顯平緩很多，優(yōu)化后的負荷曲線峰值要低于未優(yōu)化前的。說明對有電動汽車充電負荷接入的配網(wǎng)，在分時電價策略的引導下，可以改善配網(wǎng)接入電動汽車后的負荷曲線，但改善的效果有限，需要投入新的電力基礎(chǔ)設(shè)施以抵消大量電動汽車充電負荷接入配網(wǎng)時對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的負面影響。

②電動汽車充電負荷對配網(wǎng)電壓的分析：在電動汽車負荷接入配電網(wǎng)之前，節(jié)點電壓有小幅度的波動，但大體趨于平穩(wěn)。在電動汽車充電負荷接入網(wǎng)絡(luò)后，導致了節(jié)點電壓水平明顯降低，且明顯超出了允許的電壓偏離范圍，對配網(wǎng)的安全性造成了嚴重影響。電動汽車在未經(jīng)任何引導策略接入電網(wǎng)后，仿真結(jié)果顯示，節(jié)點電壓在第10時段跌至0.73附近，會導致線路電流增加，線路損耗增大，降低線路輸電效率，對供電質(zhì)量造成了嚴重影響。采用分時電價下電動汽車隨機模糊需求響應(yīng)調(diào)度優(yōu)化后的電動汽車充電負荷對節(jié)點電壓降低程度相較于前者有所改善，特個別時段優(yōu)化效果明顯，但整體上仍然拉低了節(jié)點電壓水平，因此，在不額外增加電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的情況下，該配網(wǎng)將不足以支持區(qū)域內(nèi)的電動汽車充電負荷。所以，在大量電動汽車充電負荷接入配網(wǎng)時，電力部門需要投入無功補償裝置以穩(wěn)定該區(qū)域的電壓水平。

③電動汽車充電負荷對配網(wǎng)網(wǎng)損的分析：在配網(wǎng)未接入電動汽車充電負荷時，有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損在整個調(diào)度時段內(nèi)的波動均相對較平穩(wěn)，網(wǎng)損曲線沒有出現(xiàn)大的起伏，說明系統(tǒng)運行狀態(tài)比較穩(wěn)定。當電動汽車充電負荷接入配網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損曲線發(fā)生了劇烈波動，明顯抬高了未接入電動汽車充電負荷時的網(wǎng)損水平。盡管采用分時電價政策引導后的電動汽車充電負荷網(wǎng)損曲線在無功網(wǎng)損和有功網(wǎng)損上都有明顯改善，但僅通過對充電負荷進行優(yōu)化并對改善網(wǎng)損的效果仍不夠理想，只有投入新的電力基礎(chǔ)設(shè)施，抬高配網(wǎng)電壓，才能提高配網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

以上實施方案僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的保護范疇。