一种计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法及系统与流程

本发明涉及电力电网，具体为一种计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法及系统。

背景技术：

1、新能源汽车具备绿色，高效，低耗的特点，有望替代传统燃油汽车以缓解全球环境和能源的巨大压力。目前，新能源汽车在我国主要以电动汽车(electric vehicle，ev)为发展方向。随着ev的市场占有率逐渐增加，车联网(vehicle to grid，v2g)的无序充放电行为会在一定程度上对配电网造成不可忽视的影响，可能引起线路过载、网损增大或在负荷峰值时段造成配电网低电压问题。为尽可能避免上述问题的发生，需要针对ev参与的配电网协同调度，做出相应优化。

2、电动汽车停驶时间长、需求较宽松，具备其他负荷所不具有的储能特性。ev可以在电网负荷低谷时根据管理需求将电能反馈给电网，充分发挥ev的充放电优势，实现可移动能量存储与电网电能的交换，解决电网负荷供需不平衡。因此ev参与配网优化调度具有非常重要的意义。然而，现有v2g研究并未涉及配电网络中的电压偏差，而是侧重于配电网络、充电桩和电动汽车之间的电力分配，且大都未与配电网已有的电容器组(capacitor bank，cb)和有载调压变压器(on-load tap changer，oltc)等无功补偿装置进行综合调控，仅为单个对象调控。此外，ev用户满意度在v2g中也没有被充分考虑，现有研究大多忽略了ev出行满意度和费用满意度，可能导致ev电池的荷电状态处于较低水平，影响用户出行便利。ev用户满意度与各时段充电负荷的大小直接相关，且ev充电负荷及其台区的优化调控策略直接影响配电网电压调控效果。因此，提高电动汽车用户满意度以及配电网的电压合理优化调控对降低配电网电压偏差及经济运行十分重要。

3、针对目前v2g策略的不足，本文提出一种计及电动汽车用户满意度的配电网多目标优化调控方法。首先，综合考虑电动汽车用户的出行概率、充电等待时间、实际充电电量等指标，建立了ev用户充电满意度模型。同时，根据ev入网数量及其电池荷电状态构建了v2g充放电模型。最后，以电动汽车用户满意度最高、配电网运行成本最小和电压综合水平最优为目标，建立了配电网多目标优化模型。该方法能够有效提升ev用户满意度且降低系统电压偏差，同时兼顾了配电网安全经济运行。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：传统的电动汽车充电策略缺少对用户满意度的考虑，以及配电网电压偏差的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法，包括：创建电动汽车用户出行模型，分析电动汽车充电时长。

4、确定电动汽车用户满意度模型，包括出行满意度、费用满意度。

5、创建电动汽车充电桩充放电模型。

6、确定多目标优化调控模型目标函数和约束条件，求解模型。

7、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述创建电动汽车用户出行模型，分析电动汽车充电时长包括，将ev充电需求作为电动汽车群进行处理，采用蒙特卡洛模拟法对ev充电负荷进行建模。根据车辆出行历史统计数据，用户最后返程时刻t近似符合正态分布，概率密度函数表示为：

8、

9、其中，μs表示出发的时间期望值，μe表示到达的时间期望值，σs表示标准差，σe表示标准差，表示实际出发和到达时间与期望值的偏离程度。

10、ev每天行驶距离的概率密度函数表示为：

11、

12、其中，μ表示行驶路程期望值。σ表示标准差，表示实际行驶路程与期望值的偏离程度。

13、ev充电所需时长表示为：

14、

15、其中，表示电动汽车的起始soc。表示电动汽车的期望soc。表示电动汽车的电池容量。ηev,ch表示电动汽车的充电效率，pev,ch,i,t表示电动汽车的充电功率。

16、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述出行满意度为用户对充电等待时长的满意程度。

17、以建立模糊子集的方法，模拟电动汽车用户对充电等待时长的认知，对出行满意度建模。模糊子集层中，将用户对电动汽车用户等待时长twait分为3个模糊子集，分别为舒适、一般、焦虑。对隶属度建模，判断当前的等待时长twait属于哪个子集，舒适的隶属度函数表示为：

18、

19、其中μcom(twait)不少电动汽车用户对等待时间感知为舒适的隶属度，twait表示用户实际等待时长，tcom,min表示舒适隶属度下界，tcom,max表示舒适隶属度上界。

20、一般的隶属度函数表示为：

21、

22、其中，μnor(twait)表示电动汽车用户对等待时间感知为一般的隶属度，tnor,min1表示一般隶属度呈上升趋势的下界，tnor,max1表示一般隶属度呈上升趋势的上界。tnor,min2表示一般隶属度呈下降趋势的下界，tnor,max2表示一般隶属度呈下降趋势的上界。

23、焦虑的隶属度函数表示为：

24、

25、其中，μanx(twait)表示电动汽车用户对等待时间感知为焦虑的隶属度，twait表示用户实际等待时长，tanx,min表示焦虑隶属度下界，tanx,max表示焦虑隶属度上界。

26、电动汽车用户出行满意度表示为：

27、

28、其中，表示电动汽车用户出行满意度。

29、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述费用满意度表示为：

30、

31、其中，表示费用满意度，表示充电电价费用。表示将充电站k中第i辆电动汽车安排在电价最低时段充电的极端情况下，以此得到的该用户本次充电的最高费用，表示将充电站k中第i辆电动汽车安排在电价最高时段充电的极端情况下，以此得到的该用户本次充电的最低费用。

32、当用户被安排在低电价时段充电时，充电费用满意度最大，取1。

33、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述创建电动汽车充电桩充放电模型包括，确定配电台区中充电桩的剩余容量，基于ev用户出行满意度和费用满意度衡量充电时段、充电功率、车辆数，得到配电台区中充电桩的剩余容量。通过充分利用充电桩剩余容量来缓解配电网电压压力。

34、在ev参与配电网调控时，为避免ev在负荷低谷时段持续向电网放电，对ev充放电时段和功率进行约束，表示为：

35、

36、0≤pev,ch,i,t,a≤pev,ch,i,t,max

37、0≤pev,dis,i,t,a≤pev,dis,i,t,max

38、其中，pev,int,i,t表示电动汽车充电桩交互功率。tupper表示负荷低谷时段，tlower表示非负荷低谷时段。pev,ch,i,t,max表示电动汽车充电桩充电功率上限，pev,dis,i,t,max表示电动汽车充电桩放电功率上限。

39、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述确定多目标优化调控模型目标函数和约束条件包括，从配电网运行经济效益、电压综合水平率和电动汽车用户满意度出发，在保证提高经济效益与运行效率的前提下，为增强电网侧电压质量，设定了优化目标表示为：

40、minf＝λ1ctotal+λ2vsyn-λ3fk2

41、其中，cgrid表示与电网交换功率费用。vsyn表示配电网电压综合水平。fk2表示用户满意度。λi表示权重因子，λ1+λ2+λ3＝1。

42、配电网运行成本最低目标函数表示为：

43、minctotal＝cgrid+cdg+closs+crea

44、其中，cdg表示光伏发电投资和运维费用，closs表示配电网网损成本，crea表示无功补偿装置运维成本。

45、配电网电压综合水平最优目标函数表示为：

46、minvsyn＝α1vben+α2vmom+α3vvol

47、其中，vben表示电压基准偏差，vmom表示电压时刻偏差，vvol表示最大电压综合水平。

48、ev用户满意度最高目标函数表示为：

49、

50、其中，表示电动汽车用户出行满意度，表示电动汽车费用满意度。

51、作为本发明所述的计及电车用户满意度的配电网多目标优化方法的一种优选方案，其中：所述确定多目标优化调控模型目标函数和约束条件还包括，确定多目标优化目标函数的约束条件包括配电网潮流约束、配电网安全约束、oltc建模约束、cb建模约束、静态无功补偿装置建模约束、分布式电源建模约束和功率平衡约束。

52、配电网潮流约束表示为：

53、

54、其中，j表示节点j的有功注入功率，j表示节点j的无功注入功率。ij表示节点j向下一节点k流出的有功功率，qij表示节点j向下一节点k流出的无功功率。iij表示节点i和节点j之间的支路电流。rij表示节点i和节点j之间支路的电阻，xij表示节点i和节点j之间支路的电抗。gj表示节点j的对地电导，bj表示节点j的对地电纳。

55、最优潮流基本模型为强非凸形式，属于混合整数非线性规划难题而难以求解，引入socp将传统模型转化为混合整数模型。

56、定义新优化变量-节点电压幅值平方和电流幅值平方，从而消去相角对潮流计算的影响。利用二阶锥松弛技术，将原来的非凸约束转化为凸约束，做到线性化可求解。转化后潮流约束表示为：

57、

58、其中，vj’表示节点j节点电压的平方。iij’表示节点i和节点j之间支路电流的平方。

59、oltc建模约束表示为：

60、

61、其中，vbase,j,t表示hv/mv变压器高压侧电压值。rmax,j表示oltc可调变比上的平方，rmin,j表示oltc可调变比下限的平方。rj,t表示oltc变比平方，定义为二次侧与一次侧的比值，实为离散值变量，进一步处理为包含0-1变量的关系，表示为：

62、

63、其中，rj,s表示oltc档位s与档位s-1变比平方的差值，σoltc,j,s,t表示0-1标识变量。

64、cb建模约束表示为：

65、

66、其中，ycb,j,t表示投运组数，ycb,max,j表示节点j连接cb组数上限，qcb.step,j表示每组cb的补偿功率，ncb.max,j表示操作次数上限。

67、采用cplex商用求解器对目标函数进行求解，得到配电网电压偏差和运行成本，实现对配电网潮流的优化调控。

68、一种计及电车用户满意度的配电网多目标优化系统，其特征在于：包括，

69、创建模型模块，创建电动汽车用户出行模型，分析电动汽车充电时长。确定电动汽车用户满意度模型，包括出行满意度、费用满意度。创建电动汽车充电桩充放电模型。

70、求解模块，确定多目标优化调控模型目标函数和约束条件，求解模型。

71、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

72、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

73、本发明的有益效果：本发明提供的计及电动汽车用户满意度的配电网多目标优化调控方法，最大程度上兼顾了配电网安全经济运行以及用户的良好用电体验，同时有效地解决了配电网电压偏差问题，提升了系统运行可靠性与经济性。