考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法与系统，其方法以下步骤：1)采用聚类分析，得到纯住宅区和商住两用场景下的公用配电变压器基础负荷曲线；2)根据起始充电时间、充电功率、充电时长和充电频率，采用蒙特卡洛模拟，获取电动汽车充电负荷曲线；3)考虑基础负荷负载率和电动汽车渗透率的年变化趋势，建立综合负荷自然增长数学模型；4)以有序充电和新建配电变压器综合投资方案全寿命周期成本最小为目标，建立组合决策优化模型，确定有序充电的应用时间、配电变压器的新建时间、容量和型号。本发明专利技术实现了两种治理手段的优势互补，兼顾了配网建设的可靠性和经济性，为大规模充电桩接入的配网扩展规划提供参考。

【技术实现步骤摘要】
考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法与系统
本专利技术涉及电力系统的配电变压器设备扩展规划方法，具体涉及考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法与系统。
技术介绍
在能源危机和环境问题日益突出的背景下，电动汽车因良好的节能减排效应和环境友好作用，成为了各国政府和汽车制造厂商关注的焦点。近年来，我国出台了多项政策，从生产、销售、使用等方面全方位推动电动汽车的快速发展。2020年初，国家再次强调加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，其中，新能源汽车充电桩作为我国“新基建”的七大领域之一，必将为充电桩投资市场注入巨大活力，极大地推动我国电动汽车产业的发展。便捷、快速的充电设施和广泛覆盖的充电网络是电动汽车行业发展及被人们所接受的根本保障，这就对配电网的容量规划和能量调度提出了新挑战。当集群电动汽车及其配套的充电设施数量达到一定规模时，其表现出来的负荷聚集和无序波动特性可能会导致配电变压器面临过载风险，甚至拉大负荷峰谷差，影响电力系统的安全稳定运行。从电网的角度出发，既要响应国家的号召和用户的需求，又要保障配电变压器(简称配电变压器)的安全运行，同时还要考虑未来的发展做好统一规划建设。当前，解决集群电动汽车接入引起的配电容量矛盾问题主要有两种思路，一种是从规划角度出发的增加配电容量，另一种是从运行角度出发的有序充电控制。增加配电容量是电网应对用户用电需求最常用的传统手段，如文献[1](郭毅,胡泽春,张洪财,等.居民区配电网接纳电动汽车充电能力的统计评估方法[J].电网技术,2015,39(09):2458-2464.)综合考虑居民区用电特性、负荷增长特性、EV渗透率等因素，对居民区配电网接纳EV充电的能力进行评估；文献[2](颜湘武,恩日,海日,等.典型住宅小区接入电动汽车的供电方式研究[J].电网技术,2014,38(04):910-917.)则提出住宅小区接入规模化EV的供电方式需根据小区类型而定。有序充电控制是在不明显增加配电容量的前提下，根据用户车辆停留时间和实际充电时间的周期差异，通过合理控制实现的充电行为有序引导，包括价格间接引导和功率直接控制两种方式。如文献[3](崔金栋,罗文达,周念成.基于多视角的电动汽车有序充放电定价模型与策略研究[J].中国电机工程学报,2018,38(15):4438-4450+4644.)站在不同利益主体的视角，对比分析了不同定价模型和控制策略的优势及劣势；文献[4](陈奎,马子龙,周思宇,等.电动汽车两阶段多目标有序充电策略研究[J].电力系统保护与控制,2020,48(01):65-72.)则建立以负荷波动率最小化和运营商效益最大化为目标的两阶段多目标充电控制模型。总体而言，增加配电容量或有序充电控制都可以有效缓解集群电动汽车接入的充电需求问题，但随着充电负荷特性进一步细分，以及电网和社会资本对投资效益的进一步考核，单一的解决手段和局部的解决思路已经不能适应该领域迅猛发展的需求，因此，可考虑将上述两种手段结合起来，优势互补。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对集群电动汽车和大规模充电桩接入引起的配电容量不足及投资经济性问题，将有序充电和新建配电变压器的互补优势相结合，搭建组合决策优化模型，并求解最佳的投资规划方案，一方面通过有序充电控制延缓投资、减少建设压力，另一方面有效降低了整体方案的全寿命周期成本，兼顾了配网建设的可靠性和经济性，为大规模电动汽车接入的配网扩展规划提供参考。本专利技术先对配电变压器基础负荷和电动汽车充电负荷进行分析，从中长期预测的角度，建立了配电变压器的负荷自然增长模型，并基于该模型，进一步提出了计及有序充电的配电变压器扩展规划方法，以全寿命周期成本最小化为目标，建立组合决策优化模型，确定有序充电和新建配电变压器的最佳组合形式，大大提高配网投资建设的经济性。本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提出一种考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法，包含以下步骤：1)对纯住宅区和商住两用场景下的公用配电变压器基础负荷曲线进行聚类分析，得到两种场景下归一化后的典型基础负荷日负载曲线；2)根据起始充电时间T0、充电功率PTH、充电时长Tc和充电频率fc的参数对功率，并考虑居民用户与商业用户占比，采用蒙特卡洛模拟方法，得到纯住宅区和商住两用场景下的电动汽车日充电功率曲线；3)考虑基础负荷负载率和电动汽车渗透率的年变化趋势，建立配电变压器综合负荷的自然增长数学模型；4)以有序充电与新建配电变压器综合投资方案的全寿命周期成本最小为目标，建立并求解组合决策优化模型，确定有序充电的应用时间、配电变压器的新建时间、容量和型号。进一步地，所述对纯住宅区和商住两用场景下的公用配电变压器基础负荷曲线进行聚类分析，具体如下：采集某一线城市多个纯住宅区及多个商住两用小区的公变负载率数据，绘制日负荷曲线，对上述两类基础负荷的日负荷曲线进行归一化，进而将各时刻负荷值组成特征向量集，采用K-means算法(K均值聚类算法)进行特征提取，聚类数k均为1，得到典型纯居民和居民-商业混合基础负荷曲线。进一步地，所述纯住宅区和商住两用场景下的电动汽车日充电功率曲线，具体获取方法为：起始充电时间T0：对于国内的居民用户，其T0有两个主要的聚集时段，分别出现于中午下班小高峰和下午下班晚高峰，因此可结合用户出行习惯假设居民用户的T0由表1所示的几种正态分布按一定的混合比例系数组合得到；对于商业用户，T0则较均匀地分布于9:00a.m～7:00p.m这段时间内。表1居民用户起始充电时间正态分布比例系数N(12,12)0.05N(13,12)0.05N(19,12)0.375N(20,12)0.275N(21,12)0.175N(22,12)0.075充电功率PTH：电动汽车充电功率与充电桩的类型和型号有关，我国对于充电桩接入公变容量有一定限制，目前仅允许报装容量不超过100kVA的充电桩接入公变，报装容量高于100kVA的充电桩必须按规定接入专变。在纯住宅区和商住两用这两个公变场景下，一般仅安装小功率的单枪交流慢充桩。充电时长Tc：对于商业用户，一般只在商住两用区域短期停留，因此，假设其充电时长Tc服从正态分布N(2,12)，并且，当SOC低于0.5时，这部分用户才会进行充电操作，而其起始充电SOC可认为服从正态分布N(0.5,12)。对于居民用户，其Tc的概率分布随机性较大，一般利用起始充电SOC来推导Tc，如式(1)所示。式中，对于居民用户的起始充电SOC即SOC0，由于现有负荷预测方法通常认为其服从某种人为给定的正态分布，缺乏理论依据、主观性较强，本专利技术利用统计规律较强的日行驶里程s，并结合充电频率，对SOC0做进一步推导，如式(2)所示，其中s采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n1)对纯住宅区和商住两用场景下的公用配电变压器基础负荷曲线进行聚类分析，得到两种场景下归一化后的典型基础负荷日负载曲线；/n2)根据起始充电时间T

【技术特征摘要】
1.考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)对纯住宅区和商住两用场景下的公用配电变压器基础负荷曲线进行聚类分析，得到两种场景下归一化后的典型基础负荷日负载曲线；
2)根据起始充电时间T0、充电功率PTH、充电时长Tc和充电频率fc的参数对功率，并考虑居民用户与商业用户占比，采用蒙特卡洛模拟方法，得到纯住宅区和商住两用场景下的电动汽车日充电功率曲线；
3)考虑基础负荷负载率和电动汽车渗透率的年变化趋势，建立配电变压器综合负荷的自然增长数学模型；
4)以有序充电与新建配电变压器综合投资方案的全寿命周期成本最小为目标，建立并求解组合决策优化模型，确定有序充电的应用时间、配电变压器的新建时间、容量和型号。


2.根据权利要求1所述的考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法，其特征在于，步骤3)所述配电变压器综合负荷的自然增长数学模型具体如下：
Pz,y(t)＝PEV,z,y(t)+Pbasic,z,y(t)(1)
PEV,z,y(t)＝MT(m0·α(y))(2)



式中，Pz,y(t)为第y年第z天的配电变压器综合负荷日功率曲线，t＝1,2,...,96，z＝1,2,...,365，y＝1,2,...,Ld，Ld为负荷预测的年限；PEV,z,y(t)为第y年第z天的电动汽车日充电曲线；Pbasic,z,y(t)为第y年第z天的基础负荷日功率曲线；PEV,z,y(t)通过蒙特卡洛模拟MT(·)获得，m0为该配电变压器下的电力用户数量，α(y)为第y年的电动汽车渗透率；βbasic(t)为归一化后的典型基础负荷日负载曲线；为归一化后的基础负荷日最大负载率年变化曲线；β(y)为第y年的基础负荷年最大负载率；Sb为原配电变压器容量。


3.根据权利要求1所述的考虑充电桩接入的公用配电变压器定容选型方法，其特征在于，步骤4)所述综合投资方案的全寿命周期成本包括两部分：新建变压器成本和有序充电控制成本，具体如下：
所述新建变压器成本F主要由初始投资成本FI、运行损耗成本FL、上级电网投资成本FU、检修维护成本FO、故障成本FG和退役处置成本FR组成，均采用现值表示；
所述有序充电控制成本G包括初始建设投资成本GI和运营成本GS，运营成本即用户电费补贴成本，其中，运营成本GS的现值计算具体如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冰，范苏纯，张勇军，黄国权，李钦豪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44