一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，步骤为：典型日连续时域的离散化处理；电动汽车泊车行为表征及三种类型充电负荷建模；电力用户分类及负荷建模；以年化总成本最小为目标构建电动汽车充电站优化配置模型；求解该优化配置模型，得到计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方案。本发明专利技术可以在电动汽车充电站的优化配置过程中有效计及三种类型充电桩对电动汽车充电负荷时空分布情况的影响，从而在完全响应电动汽车用户需求的前提下以最低的社会总成本完成电动汽车充电设施的配置工作。

【技术实现步骤摘要】
一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法
本专利技术属于电力系统稳态分析领域，特别涉及了一种电动汽车充电站优化配置方法。
技术介绍
不同于传统能源汽车便捷的加注燃料模式，电动汽车需要通过相匹配的充电设施接入电网进行能量补充。同时，考虑不同的充电功率，电动汽车完成一次充电的时间长达数十分钟至数小时。充电的种种限制和不便是电动汽车行业发展的痛点，直接影响到用户对电动汽车的认可度，以及电动汽车保有量的提升速度。优化配置电动汽车充电站，建设足量的、恰当功率的充电设施，为电动汽车用户提供优质便捷的充电服务，是缓解上述行业痛点、促进电动汽车产业发展的有效方法。针对电动汽车充电站的优化配置问题，绝大部分已有的研究中只考虑了单一种类的充电设施，通过构建优化模型求解配电系统中电动汽车充电站的最优安装位置和安装充电桩数量。然而，随着越来越多的不同类型不同功率的充电设施接入配电系统，即便是在同一地点、同一充电场所，也逐渐呈现出多种类型充电设施共存的状态。这些充电设施在满足电动汽车车主多样化的充电需求的同时，也改变了电动汽车负荷的时空分布情况，使得不同类型充电设施间的相互影响日益显著，并逐渐成为电动汽车充电站优化配置过程中不可忽略的因素。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，包括以下步骤：(1)使用N个典型日表征优化配置问题中的自然年，采用离散化处理方式将每个典型日中的连续时域转化为M个离散的时间断面进行表征；(2)通过电动汽车到达数量分布曲线以及停留时间分布曲线对电动汽车泊车行为进行联合表征，并以此为基础生成电动汽车充电需求时空分布的典型场景，进而模拟生成任一典型日特定区域内的三种类型充电桩的充电负荷分布情况；所述三种类型充电桩分别为慢速充电桩、快速充电桩和超级快速充电桩；(3)根据电力用户性质的不同，将配电系统中电力用户分为居民小区负荷、商场超市负荷和办公场所负荷三种类型，并针对配电系统中每个节点生成对应于每个典型日内每个时间断面的电力负荷；(4)考虑配电系统的运行约束，以年化总成本最小为目标构建计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置模型；(5)求解电动汽车充电站优化配置模型，得到计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方案。进一步地，在步骤(1)中，每个时间断面代表相同的时间长度，忽略电动汽车负荷与配电用户需求在每个时间断面内的时序波动性，认为每个时间断面是一个确定性的场景。进一步地，在步骤(3)中，考虑不同类型电力负荷的显著区别，基于历史数据拟合不同类型负荷的典型分布曲线，从而得到配电系统中不同节点处的电力负荷分布情况。进一步地，在步骤(1)中分别针对春、夏、秋、冬四季的工作日和周末分别构建典型日，则步骤(4)中构建的计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置模型如下：目标函数：其中，Cost为年化总成本，CI、CR、CO&M分别表示年化的电动汽车充电站投资建设成本、年化的配电系统增容成本、每年的电动汽车充电站运行维护费用；分别代表工作日和周末在季节s时间断面t下的系统网损费用；α、β分别表示平均每个季节的工作日和周末天数；约束条件：(a)系统潮流约束：其中，u(j)/v(j)表示所有与节点j相连且位于节点j下游/上游的节点集合，Pij、Qij分别表示支路ij在对应时间断面上流过的有功功率和无功功率，Ui为节点i在对应时间断面上的电压幅值，分别表示节点j在对应时间断面上的有功负荷和无功负荷，为节点j在对应时间断面上的电动汽车负荷，Xij为支路ij的电抗，Rij为支路ij的电阻，ΩN、ΩL分别为系统中的节点集合和支路集合；(b)电压幅值约束：其中，Umin和Umax是设置的电压波动允许范围的下限与上限；(c)支路电流约束：其中，Iij,max为支路ij上允许流过的最大电流；(d)电动汽车负荷调度中的数量平衡约束：其中，分别表示目的地为节点i且需要通过慢速充电桩、快速充电桩、超级快速充电桩充电的电动汽车数量。分别表示目的地为节点i且在节点j处进行充电的使用慢速充电桩、快速充电桩、超级快速充电桩充电的电动汽车数量。ΩC为建设电动汽车充电站的候选节点集；(e)电动汽车负荷调度中的距离限制：其中，d(i,j)表示节点i和节点j间的地理距离，dlim为电动汽车车主可接受的充电行为发生地点到其目的地的最大地理距离；(f)电动汽车充电站中的充电桩数量约束：其中，分别为节点j处电动汽车充电站中的三种充电桩的数量；Nbus为配电网中的节点总数；(g)4种条件场景约束：场景1：全部的3种类型充电桩均数量充足，能够满足各自对应类型电动汽车负荷的充电需求，从属于这一场景的条件如下：此时，节点j处的电动汽车充电站负荷表征如下：其中，PSCF、PFCF、PUCF分别为三种充电桩的充电功率；场景2：慢速充电桩数量不充足，一部分原计划采用慢速充电桩的电动汽车连接至快速充电桩充电，快速充电桩的数量在满足同类型充电需求的基础上，还能够满足由慢速充电桩转移过来的充电需求，从属于这一场景的条件如下：此时，节点j处的电动汽车充电站负荷表征如下：场景3：快速充电桩数量不充足，一部分原计划采用快速充电桩的电动汽车连接至超级快速充电桩充电，超级快速充电桩的数量在满足同类型充电需求的基础上，还能够满足由快速充电桩转移过来的充电需求，从属于这一场景的条件如下：此时，节点j处的电动汽车充电站负荷表征如下：场景4：慢速充电桩数量不充足，一部分原计划采用慢速充电桩的电动汽车需要连接至更高功率的充电桩进行充电，快速充电桩的数量无法满足全部的同类型充电需求与慢速充电桩转移过来的充电需求，从属于这一场景的条件如下：此时，节点j处的电动汽车充电站负荷表征如下：进一步地，在步骤(5)中，应用二步等价方法处理权利要求4中式(17)-(24)所示条件场景约束，将其转化为如下的确定性的显式约束：进一步地，在步骤(5)中，采用精确的二阶锥松弛将非线性的电力系统运行约束转为为线性约束和二阶锥约束，从而将电动汽车充电站优化配置模型转换为混合整数二阶锥规划模型，具体过程如下：(A)变量代换：(B)基于变量代换，将权利要求4中的式(2)-(7)转化为：...

【技术保护点】
1.一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)使用N个典型日表征优化配置问题中的自然年，采用离散化处理方式将每个典型日中的连续时域转化为M个离散的时间断面进行表征；/n(2)通过电动汽车到达数量分布曲线以及停留时间分布曲线对电动汽车泊车行为进行联合表征，并以此为基础生成电动汽车充电需求时空分布的典型场景，进而模拟生成任一典型日特定区域内的三种类型充电桩的充电负荷分布情况；所述三种类型充电桩分别为慢速充电桩、快速充电桩和超级快速充电桩；/n(3)根据电力用户性质的不同，将配电系统中电力用户分为居民小区负荷、商场超市负荷和办公场所负荷三种类型，并针对配电系统中每个节点生成对应于每个典型日内每个时间断面的电力负荷；/n(4)考虑配电系统的运行约束，以年化总成本最小为目标构建计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置模型；/n(5)求解电动汽车充电站优化配置模型，得到计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用N个典型日表征优化配置问题中的自然年，采用离散化处理方式将每个典型日中的连续时域转化为M个离散的时间断面进行表征；
(2)通过电动汽车到达数量分布曲线以及停留时间分布曲线对电动汽车泊车行为进行联合表征，并以此为基础生成电动汽车充电需求时空分布的典型场景，进而模拟生成任一典型日特定区域内的三种类型充电桩的充电负荷分布情况；所述三种类型充电桩分别为慢速充电桩、快速充电桩和超级快速充电桩；
(3)根据电力用户性质的不同，将配电系统中电力用户分为居民小区负荷、商场超市负荷和办公场所负荷三种类型，并针对配电系统中每个节点生成对应于每个典型日内每个时间断面的电力负荷；
(4)考虑配电系统的运行约束，以年化总成本最小为目标构建计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置模型；
(5)求解电动汽车充电站优化配置模型，得到计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方案。


2.根据权利要求1所述计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，其特征在于，在步骤(1)中，每个时间断面代表相同的时间长度，忽略电动汽车负荷与配电用户需求在每个时间断面内的时序波动性，认为每个时间断面是一个确定性的场景。


3.根据权利要求1所述计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，其特征在于，在步骤(3)中，考虑不同类型电力负荷的显著区别，基于历史数据拟合不同类型负荷的典型分布曲线，从而得到配电系统中不同节点处的电力负荷分布情况。


4.根据权利要求1所述计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，其特征在于，在步骤(1)中分别针对春、夏、秋、冬四季的工作日和周末分别构建典型日，则步骤(4)中构建的计及三种类型充电桩的电动汽车充电站优化配置模型如下：
目标函数：



其中，Cost为年化总成本，CI、CR、CO&M分别表示年化的电动汽车充电站投资建设成本、年化的配电系统增容成本、每年的电动汽车充电站运行维护费用；分别代表工作日和周末在季节s时间断面t下的系统网损费用；α、β分别表示平均每个季节的工作日和周末天数；
约束条件：
(a)系统潮流约束：









其中，u(j)/v(j)表示所有与节点j相连且位于节点j下游/上游的节点集合，Pij、Qij分别表示支路ij在对应时间断面上流过的有功功率和无功功率，Ui为节点i在对应时间断面上的电压幅值，分别表示节点j在对应时间断面上的有功负荷和无功负荷，为节点j在对应时间断面上的电动汽车负荷，Xij为支路ij的电抗，Rij为支路ij的电阻，ΩN、ΩL分别为系统中的节点集合和支路集合；
(b)电压幅值约束：



其中，Umin和Umax是设置的电压波动允许范围的下限与上限；
(c)支路电流约束：






其中，Iij,max为支路ij上允许流过的最大电流；
(d)电动汽车负荷调度中的数量平衡约束：









其中，分别表示目的地为节点i且需要通过慢速充电桩、快速充电桩、超级快速充电桩充电的电动汽车数量。分别表示目的地为节点i且在节点j处进行充电的使用慢速充电桩、快速充电桩、超级快速充电桩充电的电动汽车数量。ΩC为建设电动汽车充电站的候选节点集；
(e)电动汽车负...

【专利技术属性】
技术研发人员：高松，黄河，朱磊，李忆琪，吴志，顾伟，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，东南大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32