一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制系统及方法与流程

本发明涉及一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制系统及方法，属于电力系统。

背景技术：

1、近年来超预期的台风、暴雨等极端自然灾害频发，严重危害到配电网的正常运行，而现有的配网建设难以应对大规模自然灾害的故障场景。因此，如何提升灾后的快速恢复能力，并最大限度地保证重要负荷的安全运行是增强配电网应急弹性的重点。目前可采取的方法主要有两类，一类是增加基础设施建设，即为用户增加一定数量的不间断电源(uninterruptiblepowersupply,ups)；还有一类是就地利用现有的设备，灵活调度电网中各类可响应的分布式电力资源。

2、目前，已经有学者对光伏、风机、电动汽车、移动储能等分布式电源在应急场景下的应用展开了研究。在电动汽车的应用方面，有学者统筹考虑了电动汽车、移动储能与抢修队等分布式资源的特点，发挥其互补互济的优势，建立配电网灾前及灾后两阶段的供电恢复策略。目前的研究将电动汽车作为可控的双向负荷，可在电网需要时灵活调整其出力，在应急场景下发挥了较强的支撑作用。而电动汽车换电站作为近些年来快速增长的商业模式，优势在于其中的储能电池非常便于运输。目前针对电动汽车换电站的研究主要集中在选址优化、运行控制与经济调度等方面，在应急供电场景下的应用尚未有深入探索。

3、电动汽车换电站内的储能电池具有易运输的特性，当配电网解列运行时，不同地区的储能电池可由电动汽车互相调度，相较于应急发电车与移动储能装置等可移动式电源，可换电式电动汽车在应急场景下具有数量多、灵活性高、发电成本低等优势，其调度问题与移动储能的控制具有一定的相似性，在分析中都需将路网与电网进行联合建模。然而，区别于移动储能，利用电动汽车运输换电站内储能电池需要考虑换电站内的运行约束，同时储能电池具有数量多、容量小的特点，仅仅依靠已有研究中针对移动储能设备的分析还无法解决实际问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制系统及方法，从配网灾害解列的应用场景下出发，结合换电站内的运行约束以及储能电池具有数量多、容量小的特点，通过调度可换电型电动汽车实现换电站储能电池跨区域间的流转，有效降低灾害解列情况下电力系统运行成本，提升灾后的快速恢复能力，并最大限度地保证重要负荷的安全运行。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制方法，包括：

4、获取区域内所有储能电池与换电站的运行信息；

5、基于运行信息建立考虑运输换电站内储能电池的优化调度模型；

6、将区域内系统运行成本作为目标函数，结合储能电池与换电站的约束条件，通过优化调度模型得到系统运行成本最低的储能电池位置信息与输出功率信息；

7、基于储能电池位置信息与输出功率信息调度换电站内的储能电池。

8、进一步的，所述运行信息包括各区域负荷、储能电池剩余电量、储能电池所处位置、电压型电源最大可输出功率、负荷损失成本和各电源发电成本。

9、进一步的，所述目标函数的表达式为：

10、min j＝clost+ctran+cge

11、式中，j是目标函数；clost是各解列运行区域内负荷的损失成本，ctran是利用电动汽车运输储能电池的成本，cge是系统内所有电源的发电成本；

12、

13、式中，δt为一个优化时间间隔；wq是q供电区域的单位负荷损失成本；mp是各供电区域的集合；和分别为区域q内时刻t的负荷功率与实际输出功率；

14、

15、

16、式中，mi是位置i内所有电池的集合，和分别表示第m块电池在时刻t和t-1是否在位置i；mbat代表了所有储能电池的集合；β是所有包含了所有地点运输方式的集合；ci,j表示储能电池从i点运输至j点的单位运输成本系数；

17、

18、式中，cbatq和cvolq分别为q供电区域内储能电池与电压源型电源的单位发电成本；和分别是区域q内时刻t的储能电池总输出功率总和与电压源型电源总输出功率。

19、进一步的，所述约束条件包括储能电池数量约束，表达式为：

20、

21、

22、

23、式中，mp是各供电区域的集合；mbat代表了所有储能电池的集合；表示决定电池位置的0-1型优化变量；nbat为整个系统所有换电站内电池的数量，nsat为换电站最大可利用电池舱位数量。

24、进一步的，所述约束条件包括储能电池电量约束，表达式为：

25、

26、式中，和分别为第m块电池在时刻t+1和t的百分比剩余电量状态；socmax和socmin是允许充放电上限与下限；pm、和η分别为第m块电池的输出功率、放电容量与放电运行效率；δt为一个优化时间间隔；mbat代表了所有储能电池的集合。

27、进一步的，所述约束条件包括功率约束，表达式为：

28、

29、

30、

31、

32、式中，mp是各供电区域的集合；mbat代表了所有储能电池的集合；为储能电池总输出功率；pm为第m块电池的输出功率；表示决定电池位置的0-1型优化变量；δt为一个优化时间间隔；tij是从位置i到位置j的运输时间；和分别表示第m块电池在时刻t和t-1是否在位置j和位置i；表示储能电池最大输出功率；表示区域q内时刻t的电压源型电源输出功率总和，表示区域q内时刻t的电压源型电源总输出功率最大值；表示区域q内时刻t的储能电池输出功率总和；k为常数。

33、进一步的，所述约束条件包括潮流约束，表达式为：

34、

35、

36、

37、

38、umin≤ut,k≤umax

39、-pkv,max≤pkv≤pkv,max

40、-qkv,max≤qkv≤qkv,max

41、me代表了配电网络中所有节点(k,v)的集合；pkv、qkv、rkv、xkv、pkv,max和qkv,max表示节点(k,v)之间的有功功率、无功功率、线路电阻、线路电抗、有功最大潮流和无功最大潮流；pbk表示节点(b,k)之间的有功功率；表示t时刻节点k储能电源无功功率输出总和；表示t时刻节点k电压源型电源无功功率输出总和；表示t时刻节点k本地电源的无功功率输出总和；qbk表示节点(b,k)之间的无功功率；αkv代表节点之间是否发生了故障；和是节点k的注入储能电池功率、电压源型电源注入功率和实际负荷功率；ut,k是节点k在时刻t的电压值；ut,v是节点v在时刻t的电压值；umax和umin是电压运行上限与下限；u0是节点电压运行额定值，h是常数。

42、第二方面，本发明提供了一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制系统，包括：

43、接收模块：用于获取区域内所有储能电池与换电站的运行信息；

44、建模模块：用于基于运行信息建立考虑运输换电站内储能电池的优化调度模型；

45、优化模块：用于将区域内系统运行成本作为目标函数，结合储能电池与换电站的约束条件，通过优化调度模型得到系统运行成本最低的储能电池位置信息与输出功率信息；

46、调度模块：用于基于储能电池位置信息与输出功率信息调度换电站内的储能电池。

47、第三方面，本发明提供了一种基于电动汽车换电站的配网恢复控制装置，包括处理器及存储介质；

48、所述存储介质用于存储指令；

49、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。

50、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

51、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

52、一、本发明所提供的方法在配网灾害解列的应用场景下，利用可换电式的电动汽车运输储能电池提升配网的运行弹性，其中电动汽车的换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体，此模式可以解决充电时间过长的问题。

53、二、在获取配电系统内基本信息后，建立考虑运输换电站内储能电池的优化调度模型，将各解列运行区域内负荷的损失成本、储能运输成本与发电成本作为目标函数，通过优化调度使得系统运行成本最低。同时考虑网络的运行状态，建立了包含储能电池数量、储能电池电量、电源输出功率与潮流控制等约束条件，使得控制变量均在合理范围内。

54、三、本发明从配网灾害解列的应用场景下出发，对电动汽车换电站参与弹性提升的策略进行探索，充分利用了日益增长的电动汽车换电站资源，通过调度可换电型电动汽车实现换电站储能电池跨区域间的流转。本技术考虑了配电网灾害解列下负荷的损失成本、发电成本与交通运输成本，建立了含运输网络与电网的混合整数规划模型，所提方法可有效降低灾害解列情况下电力系统运行成本，提升灾后的快速恢复能力，并最大限度地保证重要负荷的安全运行。