[发明专利]一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法

摘要

本发明公开的一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法，包括如下步骤a.确定电动汽车调度特性,建立电动汽车可调度特性的模型;b.确定常见家用负荷的控制特性和能耗特性，建立可控负荷的需求和可调度模型；c.根据可控负荷代理和电动汽车代理的经济理性与需求侧负荷特性,代理商上报下一交易日的初步负荷计划;配电系统调度机构进行校验,并确定阻塞价格;各代理商根据阻塞价格,对可控负荷和电动汽车充放电负荷进行调整和协调。采用本发明的配电系统阻塞调控方法,对配电系统可能发生的阻塞计算阻塞费用，可以合理的错开电动汽车和可控负荷用电高峰，有效的避免集中用电导致的负荷尖峰和配电系统阻塞。

主权项

一种计及电动汽车和可控负荷的配电系统阻塞调控方法，其特征在于包括如下步骤：a.确定电动汽车调度特性；根据电动汽车用户的出行习惯、电动汽车充电功率和电池特性，建立电动汽车可调度特性的模型，包括：1)充放电负荷模型设初始充电时刻Tstart的SoC为Sinit,充电结束时刻Tend的SoC为Sfinal,EV电池容量为BC,充电功率Pch(t)和EV的SoC值Sch(t)为时间的函数,充电效率为ηc,电池自放电率为ηl,则单个EV充电需满足:Sfinal=Sinit+BC-1∫TstartTendηcPch(t)dt-∫TstartTendηlSch(t)dt---(1)]]>当电动汽车(electric vehicle,EV)具备车联网(vehicle‑to‑grid,V2G)，设EV放电功率为Pdch(t),电池的V2G效率为ηd,则式(1)可修正为:Sfinal=Sinit+BC-1∫TstartTend(ηcPch(t)-Pdch(t)ηd)dt-∫TstartTendηlSch(t)dt---(2)]]>在V2G模式下,EV的放电功率会增加EV的电池损耗,由单位V2G放电电能导致的额外电池损耗成本可估算为:Lpd=IbBcBlcDod---(3)]]>式中:Lpd、Blc、Ib、Dod分别为EV在V2G模式下的单位放电电能成本、电池设计的充放电循环寿命、电池成本和V2G放电深度；2)EV充放电约束模型为满足车主的使用需求,EV充放电需要满足下述约束条件:Sch,min≤Sch(t)≤Sch,max   (4)Sfinal≥Sfinal,min   (5)式中:Sch,max和Sch,min均为保证电池寿命的荷电状态(SoC)上限和下限约束,分别用于防止电池过度充电和过度放电；Sfinal,min为充电结束时车主可接受的最低SoC值；EV充放电需要满足自身的功率约束,而且每台EV不能同时处于充电和放电状态:0≤Pch(t)≤Pch,max    (6)0≤Pdch(t)≤Pdch,max    (7)Pch(t)Pdch(t)＝0   (8)式中:Pch,max和Pdch,max分别为EV的最大充电功率和最大放电功率；b.确定家用负荷调度特性；结合空调、冰箱、电热水器的控制特性和能耗特性，建立可控负荷的需求和可调度模型，包括：1)居民用户整体负荷模型室内气温Ta、冰箱内部温度Tf和热水器蓄水温度Tw需满足下述约束:Ta,min≤Ta≤Ta,max   (9)Tf,min≤Tf≤Tf,max   (10)Tw,min≤Tw≤Tw,max    (11)式中:Ta,max、Ta,min、Tf,max、Tf,min、Tw,max、Tw,min分别表示室内气温上限、室内气温下限、冰箱内部温度上限、冰箱内部温度下限、热水器内蓄水的温度上限及热水器内蓄水的温度下限；此外,空调的热功率QAC、冰箱的热功率QRF和电热水器的热功率QWH必须满足电器设备自身的热功率约束,即:0≤QAC≤QAC,max   (12)0≤QRF≤QRF,max   (13)0≤QWH≤QWH,max   (14)式中:QAC,max、QRF,max和QWH,max分别为家用空调、电冰箱和电热水器的热功率上限；分别用ηa、ηf和ηw表示空调热功率与电功率的比值、电冰箱热功率与电功率的比值和电热水器消耗的热功率与电功率的比值,则空调的电功率PAC、电冰箱的电功率PRF和电热水器的电功率PWH分别可用式(15)‑(17)计算,用户的总用电负荷可由式(18)求取：PAC＝QAC/ηa    (15)PRF＝QRF/ηf   (16)PWH＝QWH/ηw   (17)PD＝Pfix+PAC+PRF+PWH   (18)式中:PD和Pfix分别表示居民总用电负荷功率和不可控用电负荷功率；住宅内部的热容量和温度分别用Ca和Ta表示，住宅墙体的热容量和温度分别用Cs和Ts表示，假设住宅内部和外界的热传递速率为Rae,住宅墙体与外界的热传递速率为Rse,住宅内部与墙体的热传递速率为Ras，Ca和Cs与住宅面积As和高度H有关,热传递速率Rse与住宅外墙面积S和空气流通率Va相关，具体计算公式如下:Ca＝5.2×103AsH(J/K)   (19)Cs＝1.44×102AsH(J/K)   (20)Rae＝0.34VaAsH(W/K)   (21)Rse=7.69S(69.05+1.07As)7.69S-(69.05+1.07As)(W/K)---(22)]]>Ras＝7.69S(W/K)    (23)2)家用空调模型家用空调的数学模型可简化表示为dTadt=1Ca(ξsWQs+Ras(Ts-Ta)+Rae(Te-Ta)+Rac(Tc-Ta))---(24)]]>dTsdt=1Cs(ξsSQs+Ras(Ta-Ts)+Rse(Te-Ts))---(25)]]>dTcdt=1Cc(Rac(Ta-Tc)-QAC)---(26)]]>式中:Te为外界温度；Qs和ξs分别表示太阳能辐射的热量和效率；W为住宅窗户面积；Cc、Tc和Rac分别表示空调冷凝机构的热容量、温度和空调冷凝机构与室内空气的热传递速率；3)家用冰箱模型冰箱箱体的热容量与温度分别用Cf1与Tf1表示，冷藏箱体的热容量与温度分别用Cf2与Tf2表示，冰箱内部的热容量与温度分别用Cf与Tf表示，制冷结构的热容量与温度分别用Cf4与Tf4表示，家用冰箱的热力学模型为dTf1dt=1Cf1(Rf1f(Tf-Tf1))---(27)]]>dTf2dt=1Cf2(Rf24(Tf4-Tf2))---(28)]]>dTfdt=1Cf(Rf1f(Tf1-Tf)+Rff4(Tf4-Tf)+Raf(Ta-Tf))---(29)]]>dTf4dt=1Cf4(Rff4(Tf-Tf4)+Rf24(Tf2-Tf4)-QRF)---(30)]]>式中:Rf1f、Rf24、Rff4、Raf分别表示冰箱箱体与内部的热传递速率、冷藏箱与制冷部分的热传递速率、冰箱内部与制冷部分的热传递速率、冰箱内部与室内空气的热传递速率；4)电热水器模型分别用Ct与Tt表示箱体的热容量与温度，用Cw与Tw表示内部蓄水的热容量与温度，电热水器的热力学模型可表示为dTtdt=1Ct(Rat(Ta-Tt)+Rwt(Tw-Tt))---(31)]]>dTwdt=1Cw(Rwt(Tt-Tw)+QWH)---(32)]]>式中:Rwt、Rat分别表示热水箱与内部蓄水的热传递速率、热水箱与室内空气的热传递速率；c.利用节点边际电价和最优潮流的模型，建立配电系统阻塞费用计算模型，包括：1)零售商代理RA的初始负荷计划在日前市场出清之前,RA并不知道下一交易日的日前市场电价,而需要结合历史数据和下一交易日的预测信息对日前市场的电价进行估算；假设Nd为配电系统的负荷节点数,Tsum为考虑的调度时段,配电系统每个节点上有Nh位用户和Ne辆EV,估算的日前市场电价为λ(t),t＝1,2,…,Tsum；RA的优化目标如下:MinimizeΣi=1NdΣt=1Tsum(λ(t)(Σh=1NhPD(i,h,t)+Σe=1NePch(i,e,t)-Σe=1NePdch(i,e,t))+Σe=1NeLpd(e)Pdch(i,e,t))---(33)]]>式中，i,t,h,e分别为配电网负荷节点、调度时段、用户和电动汽车的编号，其中i＝1,2,…,Nd；t＝1,2,…,Tsum；h＝1,2,…,Nh；e＝1,2,…,Ne；RA的优化目标要受式(1)‑(8)和(9)‑(18)所分别表示的电动汽车充放电负荷特性和居民负荷的约束；RA在得到各个用户的用电计划后,以节点为单位汇总并上报配电系统调度机构DSO；2)配电系统调度机构DSO阻塞管理模型采用多时段直流最优潮流求解配电系统的节点电价DLMP，进而确定节点i在时刻t的阻塞价格λc(i,t),目标函数为：MinimizeΣtTsumλ(t)PG,sum(t)---(34)]]>约束条件为：PG,sum(t)-Σi=1Nd(PSD(i,t)+PSch(i,t)-PSdch(i,t))=0---(35)]]>PG(i,t)-(PSD(i,t)+PSch(i,t)-PSdch(i,t))=Σj=1NdBijθij(t)---(36)]]>‑Fij,max≤Bijθij(t)≤Fij,max    (37)PSD,min(i,t)≤PSD(i,t)≤PSD,max(i,t)    (38)PSch,min(i,t)≤PSch(i,t)≤PSch,max(i,t)   (39)PSdch,min(i,t)≤PSdch(i,t)≤PSdch,max(i,t)   (40)式中:PG(i,t)和PG,sum(t)分别为S在时刻t由节点i注入系统的有功功率和配电系统在时刻t从上层输电系统购买的有功功率；Bij和θij(t)分别为节点i和节点j之间的线路导纳阵虚部和时刻t节点i与j之间的电压相角差；Fij,max为线路i‑j的有功潮流上限；PSD(i,t)、PSch(i,t)和PSdch(i,t)分别为RA上报的以节点为单位的可控负荷、EV充电负荷和EV放电负荷的初始计划；PSD,max(i,t)、PSD,min(i,t)、PSch,max(i,t)、PSch,min(i,t)、PSdch,max(i,t)和PSdch,min(i,t)分别为时段t节点i可控负荷的上下限、电动汽车的充电负荷上下限和放电负荷上下限，式(8)的约束同样需要在该模型中考虑；用上述模型求解出的节点电价DLMP为λm(i,t),则阻塞价格可由式(41)求得,并作为RA调整可控负荷和EV充放电负荷用电计划的依据，λc(i,t)＝λm(i,t)‑λ(t)   (41)3)RA对负荷计划的修正在DSO发布阻塞价格后,RA需要综合考虑用户购电情况,市场电价和阻塞价格,调整可控负荷和EV充放电负荷的用电计划,通过对调度结果利润的最大化实现对DSO阻塞管理信号的响应,自主规避阻塞；RA的优化目标修改如下:MinimizeΣi=1NdΣt=1Tsum((λ(t)+λc(i,t))(Σh=1NhPD(i,h,t)+Σe=1NePch(i,e,t)-Σe=1NePdch(i,e,t))+Σe=1NeLpd(e)Pdch(i,e,t))---(42)]]>RA在修正负荷计划时需要考虑的约束条件与制定初始负荷计划时相同。