本發(fā)明涉及片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，具體地說是一種基于電動汽車充電配置的片區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

電動汽車是在致力于解決環(huán)境污染和能源危機的背景下出現(xiàn)的一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，電動汽車不像傳統(tǒng)意義上的汽車一樣燃燒化石燃料，而是以電力為動力來源，大大降低了污染物的排放，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。我們國家對電動汽車及其充電設(shè)施的發(fā)展提出了很多刺激政策，鼓勵電動汽車的使用和充電設(shè)施的建設(shè)。工信部《電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》預(yù)測，2030年全國電動汽車保有量將達(dá)到6000萬輛。隨著電動汽車的推廣應(yīng)用，電動汽車充電設(shè)施亟需完善。因而在片區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃中考慮充電負(fù)荷實屬必要。

現(xiàn)在實行的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃一般基于片區(qū)市政控制性詳細(xì)規(guī)劃(簡稱控規(guī))，控規(guī)對片區(qū)的土地使用性質(zhì)、用地面積、容積率等基本內(nèi)容進(jìn)行控制。負(fù)荷預(yù)測則根據(jù)控規(guī)中包含的地塊性質(zhì)計算，一般包括文化設(shè)施、市政設(shè)施、辦公、商業(yè)及住宅用電。顯然在規(guī)劃中負(fù)荷的預(yù)測并沒有考慮電動汽車充電負(fù)荷。隨著電動汽車的推廣應(yīng)用，充電負(fù)荷將會對電網(wǎng)產(chǎn)生重要影響。如何在片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃中將電動汽車充電負(fù)荷考慮其中亟待解決。而如何將電動汽車負(fù)荷合理有序的接入配電網(wǎng)中是我們需要探討的問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者在電動汽車有序充電問題上做了一系列研究，然而并沒將其與片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃相聯(lián)系，且沒有從需求側(cè)和供應(yīng)側(cè)共同考慮充電負(fù)荷的接入。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了基于電動汽車充電配置的片區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測方法，在分析電動汽車充電行為的基礎(chǔ)上，提出考慮電動汽車的充電功率、充電時間、充電方式以及變壓器可用容量等約束條件的充電管理模式。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：基于電動汽車充電配置的片區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)片區(qū)市政控制性詳細(xì)規(guī)劃，對片區(qū)的土地使用性質(zhì)、用地面積、容積率等基本內(nèi)容進(jìn)行控制，得到片區(qū)負(fù)荷預(yù)測；

步驟2：根據(jù)各類電動汽車的數(shù)量和充電需求，得到片區(qū)電動汽車負(fù)荷預(yù)測；

步驟3：搭建包含電動汽車充電負(fù)荷的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測模型，提出電動汽車充電管理加權(quán)費用和階梯電價的負(fù)荷均衡引導(dǎo)模式。

進(jìn)一步的，步驟1的具體實現(xiàn)方式為：

獲取片區(qū)建設(shè)強度圖；

識別片區(qū)控規(guī)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，

進(jìn)一步的，負(fù)荷預(yù)測的具體過程為：

1)利用公式W_z＝A×R×m₀×K_j×K_r×K_y……計算子地塊的負(fù)荷，其中，W_z為子地塊負(fù)荷(W)，A為子地塊用地面積(m2)，R為容積率，m₀為單位負(fù)荷密度(W/m2)，K_j為建成率(％)，K_r為入住率(％)，K_y為子地塊內(nèi)用戶的用電同時率(％)；

2)利用公式W_f＝(∑W_z)×K_z……計算分地塊的負(fù)荷，其中，W_f為分地塊負(fù)荷(W)，K_z為子地塊負(fù)荷同時率(％)；

3)利用公式W_p＝(∑W_f)×K_f/10⁶……計算片區(qū)負(fù)荷，其中，W_p為片區(qū)負(fù)荷(MW)，K_f為各個分地塊的用電同時率(％)；

4)利用公式S_p＝W_p×R_s……計算片區(qū)所需變電容量，其中，S_p為片區(qū)所需變電容量(MVA)，R_s為容載比(MVA/MW)。

進(jìn)一步的，步驟2的具體實現(xiàn)過程為：

1)計算片區(qū)電動汽車公共充電總需求W_G＝GC×K_GC+SC×K_SC+JC×K_JC+LC×K_LC+CC×K_CC；

2)計算片區(qū)電動汽車私人充電總需求

3)計算片區(qū)電動汽車總負(fù)荷W_C＝W_G+W_S；

其中，W_c為片區(qū)電動汽車總負(fù)荷(MW)；W_G為片區(qū)電動汽車公共充電總需求；W_S為片區(qū)電動汽車私人充電總需求；GC為公務(wù)車總需求(MW)；K_GC為公務(wù)車公共需求比例(％)；SC為私家車總需求(MW)；K_SC為私家車公共需求比例(％)；JC為公交車總需求(MW)；K_JC為公交車公共需求比例(％)，一般取值為1；LC為物流車總需求(MW)；K_LC為物流車公共需求比例(％)；CC為出租車總需求(MW)；K_CC為出租車公共需求比例(％)；K_GCs為公務(wù)車私人需求比例(％)；為私家車私人需求比例(％)；K_JCs為公交車私人需求比例(％)，一般取值為0；為物流車私人需求比例(％)；為出租車私人需求比例(％)。

進(jìn)一步的，步驟3的具體過程為：

1)計算分地塊在時刻t時總負(fù)荷

2)計算片區(qū)預(yù)測負(fù)荷W_P＝W_p+W_G×a₁×β₁+W_S×a₂×β₂；

其中，W_F(t,j)為分地塊在時刻t時總負(fù)荷，W_f(t,j)為分地塊在時刻t時常規(guī)負(fù)荷，W_P為片區(qū)預(yù)測負(fù)荷，一般取片區(qū)發(fā)展穩(wěn)定后的飽和負(fù)荷值，GC_i(t,j)、SC_i(t,j)、JC_i(t,j)、LC_i(t,j)、CC_i(t,j)分別為各類電動汽車在時刻t時的負(fù)荷。

本發(fā)明的有益效果是：在分析電動汽車充電行為的基礎(chǔ)上，提出考慮電動汽車的充電功率、充電時間、充電方式以及變壓器可用容量等約束條件的充電管理模式。在該模式下，將電動汽車充電所需負(fù)荷預(yù)測與常規(guī)負(fù)荷預(yù)測相結(jié)合，并應(yīng)用于配電網(wǎng)規(guī)劃中，形成考慮電動汽車充電管理模式的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，取得良好效果。該模式不僅適用于包含電動汽車充電負(fù)荷的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測，而且對包含其他多元負(fù)荷或分布式新能源的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測具有借鑒意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法流程圖；

圖2是片區(qū)建設(shè)強度圖；

圖3是經(jīng)過本方法設(shè)置后的充電流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，基于電動汽車充電配置的片區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)片區(qū)市政控制性詳細(xì)規(guī)劃，對片區(qū)的土地使用性質(zhì)、用地面積、容積率等基本內(nèi)容進(jìn)行控制，得到片區(qū)負(fù)荷預(yù)測；

步驟2：根據(jù)各類電動汽車的數(shù)量和充電需求，得到片區(qū)電動汽車負(fù)荷預(yù)測；

步驟3：搭建包含電動汽車充電負(fù)荷的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測模型，提出電動汽車充電管理加權(quán)費用和階梯電價的負(fù)荷均衡引導(dǎo)模式。

一、片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測：

片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃一般基于片區(qū)市政控制性詳細(xì)規(guī)劃[5](簡稱控規(guī))，控規(guī)對片區(qū)的土地使用性質(zhì)、用地面積、容積率等基本內(nèi)容進(jìn)行控制。圖2所示為片區(qū)建設(shè)強度圖。識別片區(qū)控規(guī)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，如公式(1)(2)(3)(4)所示。

子地塊的負(fù)荷計算見公式(1)，W_z＝A×R×m₀×K_j×K_r×K_y……(1)。

其中，W_z為子地塊負(fù)荷(W)，A為子地塊用地面積(m2)，R為容積率，m₀為單位負(fù)荷密度(W/m2)，K_j為建成率(％)，K_r為入住率(％)，K_y為子地塊內(nèi)用戶的用電同時率(％)。

分地塊的負(fù)荷計算見公式(2)。W_f＝(∑W_z)×K_z……(2)。

其中，W_f為分地塊負(fù)荷(W)，K_z為子地塊負(fù)荷同時率(％)。

W_p＝(∑W_f)×K_f/10⁶……(3)，其中，W_p為片區(qū)負(fù)荷(MW)，K_f為各個分地塊的用電同時率(％)。

已知片區(qū)負(fù)荷W_p可得片區(qū)所需變電容量[6]S_p公式(4)所示。S_p＝W_p×R_s……(4)，其中，S_p為片區(qū)所需變電容量(MVA)，R_s為容載比(MVA/MW)。

二、電動汽車負(fù)荷預(yù)測

地區(qū)電動汽車充電樁基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷預(yù)測如下公式(5)(6)(7)。

W_G＝GC×K_GC+SC×K_SC+JC×K_JC+LC×K_LC+CC×K_CC……(5)

W_C＝W_G+W_S……(7)

其中，W_c為片區(qū)電動汽車總負(fù)荷(MW)；W_G為片區(qū)電動汽車公共充電總需求；W_S為片區(qū)電動汽車私人充電總需求；GC為公務(wù)車總需求(MW)；K_GC為公務(wù)車公共需求比例(％)；SC為私家車總需求(MW)；K_SC為私家車公共需求比例(％)；JC為公交車總需求(MW)；K_JC為公交車公共需求比例(％)，一般取值為1；LC為物流車總需求(MW)；K_LC為物流車公共需求比例(％)；CC為出租車總需求(MW)；K_CC為出租車公共需求比例(％)；K_GCs為公務(wù)車私人需求比例(％)；為私家車私人需求比例(％)；K_JCs為公交車私人需求比例(％)，一般取值為0；為物流車私人需求比例(％)；為出租車私人需求比例(％)。

三、考慮電動汽車充電管理模式的負(fù)荷預(yù)測

考慮分地塊每個充電樁的負(fù)荷情況，該分地塊的總負(fù)荷計算如公式(8)所示。片區(qū)總負(fù)荷計算見式(9)。

W_P＝W_p+W_G×a₁×β₁+W_S×a₂×β₂……(9)

其中，W_F(t,j)為分地塊在時刻t時總負(fù)荷，W_f(t,j)為分地塊在時刻t時常規(guī)負(fù)荷，W_P為片區(qū)預(yù)測負(fù)荷，一般取片區(qū)發(fā)展穩(wěn)定后的飽和負(fù)荷值，GC_i(t,j)、SC_i(t,j)、JC_i(t,j)、LC_i(t,j)、CC_i(t,j)分別為各類電動汽車在時刻t時的負(fù)荷。根據(jù)實際情況，電動汽車充電時序只需從分地塊等級粒度考慮負(fù)荷變化即可，j＝<1 2 ... N_F>代表地塊編號，N_F-GC為公務(wù)車充電樁編號，N_F-SC為私家車充電樁編號，N_F-JC為公交車充電樁編號，N_F-LC為物流車充電樁編號，N_F-GC為出租車充電樁編號。a₁，a₂為同時系數(shù)，與充電優(yōu)先級(管理加權(quán)收費)有關(guān)。β₁、β₂命名為消峰填谷系數(shù)(不同充電時段取不同數(shù)值)，與階梯電價有關(guān)。充電過程中要保證該片區(qū)所涉及的變電站不過載(即整個片區(qū)不過載)，即：

同時應(yīng)滿足配變不重載(負(fù)載率為80％及以上且持續(xù)2小時)，線路不重載(負(fù)載率為70％及以上且持續(xù)1小時)且滿足N-1所需條件。而且在充電過程中需時刻監(jiān)視充電樁、線路、配變、環(huán)網(wǎng)柜、變電站等設(shè)施是否過載，設(shè)定越限報警功能。

電動汽車充電價格由管理加權(quán)費用和階梯電價兩部分組成，以車輛的充電優(yōu)先級和充電時段為約束條件，可以計算充電價格。以私家車為例，計算公式如式(11)。

其中，P_SC為充電價格，l₁、l₂、l₃為充電優(yōu)先級，a₁，a₂與方程組(11)存在模糊數(shù)學(xué)關(guān)系。

由此可見，在低谷時段充電且優(yōu)先級又低，則收費低，反之在高峰時段高優(yōu)先級充電，則收取費用較高。同理，其他車型也可按此方程式計算充電所收費用。

四、效果分析

如圖3所示，以一個分地塊的私家車為例，當(dāng)用戶連接至充電樁時，電動汽車充電系統(tǒng)會自動獲取接入車輛的電池信息，這時，用戶可根據(jù)自己的情況設(shè)定充電時段和充電優(yōu)先級。系統(tǒng)將根據(jù)用戶所選級別進(jìn)行排隊，第一優(yōu)先級的用戶先行充電，第二、第三優(yōu)先級用戶順次排隊充電。充電過程中隨時監(jiān)控設(shè)備的負(fù)載率情況，一但越限，就會立即中斷相對低優(yōu)先級車輛的充電，等負(fù)荷水平降下來以后再繼續(xù)充電。充電費用由充電時段和優(yōu)先級共同決定。

本發(fā)明通過分析電動汽車充電行為提出一種電動汽車充電管理模式。在考慮電動汽車充電管理模式下，綜合片區(qū)靜態(tài)飽和負(fù)荷需求和動態(tài)負(fù)荷變化特征，搭建了包含電動汽車充電負(fù)荷的片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測模型。同時，針對該模式提出電動汽車充電管理加權(quán)費用和階梯電價的負(fù)荷均衡引導(dǎo)模式。將有效降低電網(wǎng)建設(shè)投資和提升電力負(fù)荷預(yù)測、電網(wǎng)建設(shè)時序與用電需求之間的吻合度。

應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實施方式可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管說明書及附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。