一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法

技术领域

本发明涉及电动汽车支撑配电网保供电技术领域，特别涉及一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法。

背景技术

配电网是城市电网的重要环节，直面电力用户，保障城市配电网中的重要负荷在灾害后的快速恢复至关重要。极端灾害可能对配电网不同线路处造成不同程度的损害，进一步导致配电网中形成多个孤岛。电动汽车作为移动式储能资源，合理调度至配电网孤岛处、实现源荷平衡，是减少停电损失、提升城市韧性的重要手段。

针对利用储能参与负荷恢复的问题，目前已有国内外学者对此进行了相关的研究。文献[1]考虑了分布式电源和储能的并网运行对配电系统恢复的影响，以恢复供电负荷功率最大为目标，并利用改进贪婪算法求解配电系统恢复模型，实现配电系统网架重构及孤岛划分；文献[2-3]聚焦于电动汽车的空间调度，求解电动汽车能量在各充放电站的最优配置方案；文献[4]考虑利用闲置的电动汽车能量，以恢复配电网中的电力负荷。

然而灾害发生后，由于配电线路遭受损坏，配电网中形成多个电气不连通的孤岛，存在各孤岛间源荷不匹配的现象，以上研究并未考虑利用电动汽车的移动调度为重要负荷保障供电、平衡负荷需求的问题。对此，本发明提出的方法能更大限度地提升资源调度效率和配电网重要负荷恢复效果，实现电动汽车灾后在城市范围内的按需最优配置。

参考文献/著作：

[1]于文鹏，刘东，翁嘉明.含分布式电源的配电网供电恢复模型及改进贪婪算法[J].电力系统自动化，2013，37(24):23-30.

[2].LI B D，CHEN Y，WEI W，et al.Preallocation ofelectric busesforresilient restoration ofdistribution network：a data driven robuststochastic optimization method[J].IEEE Systems Journal，3623，PP(99)：1-12

[3].LI B D，CHEN Y，WEI W，et al.Resilientrestoration ofdistributionsystems in coordination with electric bus scheduling[J].IEEE Transactions onSmart Grid，2021，12(4)：3314-3325

[4]WANGY，YAO M，CHEN L，et al.Islanding strategy forrestoring electricpower supplyby means ofelectric vehicle idle power against cold loadpickup[J].IET Generation，Transmission&Distribution，2019，13(5)：613-625.

发明内容

本发明实施例提供了一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法，以至少解决相关技术中电动汽车在停电后电力如何有效分配的技术问题。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法，包括：

根据电动汽车调度的影响，建立电动汽车调度模型，通过所述电动汽车调度模型得到电动汽车调度约束；

根据不同区域的源荷平衡需求，建立配电网功率平衡模型，通过所述配电网功率平衡得到配电网功率平衡约束；

结合所述电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；

对所述大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。

可选地，所述配电网约束包括：配电网辐射状拓扑约束、配电网功率平衡约束、负荷状态约束和电源安全约束。

可选地，所述电动汽车调度模型为：

上式中，N

式(2)表示任意电动汽车只能调度到最多一个充电站；式(3)表示一个充电站可接入的电动汽车数量限制；式(4)表示电动汽车调度到任意充电站后不再移动；式(5)表示电动汽车m在时段t未到达充电站i时，该电动汽车不具备负荷恢复能力。

可选地，所述配电网功率平衡模型为：

上式中，

可选地，所述大停电后电动汽车应急保供电模型以最大化负荷恢复效果期望值为目标，考虑电动汽车调度约束、配电网辐射状拓扑约束、配电网功率平衡约束、负荷状态约束以及电源安全约束，所述大停电后电动汽车应急保供电模型的目标函数为：

式中：T

可选地，所述配电网辐射状拓扑约束包括：

式中：

式(9)-式(13)表示配电网辐射状拓扑约束；式(11)表示配电网节点i处的功率平衡约束；式(12)表示配电网节点i处的净功率为其配电网节点i所接电源出力和负荷功率的差值；式(13)表示若线路断开，则限制该线路流过的功率为0，反之则不作约束；式(12)-式(13)为单商品流约束，确保大配电网的连通性：其中式(12)表示对于除根节点外的所有节点来说，满足流入的虚拟流等于流出的虚拟流；式(13)表示用“大M法”区分线路闭合和断开两种情况：若线路闭合则对流过线路的虚拟流大小不作约束，反之则为0。

可选地，所述考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果包括：电动汽车的调配策略、电动汽车作为储能在每时段下的出力结果、负荷恢复结果。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电装置，包括：

电动汽车调度处理模块，用于根据电动汽车调度的影响，建立电动汽车调度模型，通过所述电动汽车调度模型得到电动汽车调度约束；

配电网功率平衡处理模块，用于根据不同区域的源荷平衡需求，建立配电网功率平衡模型，通过所述配电网功率平衡得到配电网功率平衡约束；

大停电后电动汽车应急保供电处理模块，用于结合所述电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；

决策模块，用于对所述大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意一项所述的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明实施例中，考虑极端灾害(如台风、暴雨等)发生造成大停电事故，配电网与主网断开，仅可依靠配电网中的分布式电源及移动电源为配网失电负荷恢复供电。其中，极端灾害对配电网线路造成不同程度的损害，导致配电网中形成多个不同孤岛。各孤岛内部的电源、负荷分布情况不一，为最大程度的平衡负荷恢复，需调度移动电动汽车，作为重要供电资源移动至重要失电负荷处，实现多个孤岛内部的源荷平衡，结合电动汽车调度和配电网功率平衡结合的约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；对大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果，通过决策结果能够更大限度地提升资源调度效率和配电网重要负荷恢复效果，实现电动汽车灾后在城市范围内的按需最优配置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1是根据本发明实施例的一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法包括如下步骤：

步骤1，根据电动汽车调度的影响，建立电动汽车调度模型，通过电动汽车调度模型得到电动汽车调度约束；

步骤S2，根据不同区域的源荷平衡需求，建立配电网功率平衡模型，通过配电网功率平衡得到配电网功率平衡约束；

步骤S3，结合电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；

步骤S4，对大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。

上述的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法，通过建立电动汽车调度模型考虑移动电动汽车调度，通过建立配电网功率平衡模型考虑不同区域的源荷平衡需求，结合电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；对大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。通过考虑电动汽车灾后应急调度，同时计及配网内部不同孤岛的源荷平衡需求，配网灾后应急保供电，能够更大限度地提升资源调度效率和配电网重要负荷恢复效果，实现电动汽车灾后在城市范围内的按需最优配置。

作为一种可选的实施例，步骤S1具体包括：根据电动汽车调度时间受道路受损程度的影响，电动汽车接入与否决定该接入点是否具备负荷恢复能力，构建的电动汽车调度模型为：

上式中，N

式(2)表示任意电动汽车只能调度到最多一个充电站；式(3)表示一个充电站可接入的电动汽车数量限制；式(4)表示电动汽车调度到任意充电站后不再移动；式(5)表示电动汽车m在时段t未到达充电站i时，该电动汽车不具备负荷恢复能力。

作为一种可选的实施例，步骤S2具体包括：极端灾害后配电网被划分为多个孤岛，考虑不同孤岛内部的不同负荷恢复需求，在满足配网功率平衡的基础上实现电动汽车在各孤岛之间的按需最优分配，构建的配电网功率平衡模型为：

上式中，

作为一种可选的实施例，步骤S3中，建立考虑大停电后电动汽车支撑配电网应急保供电策略模型，考虑电动汽车作为重要储能资源，为极端灾害后重要负荷的保供电提供依据，大停电后电动汽车应急保供电模型以最大化负荷恢复效果期望值为目标，考虑电动汽车调度约束和电网约束，配电网约束包括：配电网辐射状拓扑约束、配电网功率平衡约束、负荷状态约束和电源安全约束。因此，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31、建立大停电后电动汽车应急保供电模型的目标函数：

式中：T

步骤S32、设置约束条件，具体包括：

步骤S321、电动汽车调度约束。

电动汽车调度约束包括电动汽车调度数量、状态约束，电动汽车调度约束如式(1)-(4)所示。

步骤S322、配电网约束包括：

1)、配电网辐射状拓扑约束包括：

式中：

式(9)表示虚拟网络中确定断开的线路在实际网络中须为断开状态；式(10)表示当线路为带电连通状态时，该线路为可操控状态；式(11)表示配电网节点i处的功率平衡约束；式(12)表示配电网节点i处的净功率为配电网的节点i所接电源出力和负荷功率的差值；式(13)表示若线路断开，则限制该线路流过的功率为0，反之则不作约束。式(9)-式(13)表示配电网辐射状拓扑约束；式(12)-式(13)为单商品流约束，确保大配电网的连通性：其中式(12)表示对于除根节点外的所有节点来说，满足流入的虚拟流等于流出的虚拟流；式(13)表示用“大M法”区分线路闭合和断开两种情况：若线路闭合则对流过线路的虚拟流大小不作约束，反之则为0。

2)配电网功率平衡约束

配电网孤岛需要满足负荷功率与发电总功率平衡，配电网功率平衡约束如式(5)-(7)所示。

3)负荷状态约束

负荷状态约束包括整个停电时段的负荷状态变化约束，如下式所示：

式(14)表示负荷的恢复状态变化，考虑到负荷变化会带来频率、电压等暂态波动，限制整个时段内负荷状态只能变化一次，且在负荷被恢复后，在停电时段内应持续供电。

4)电源安全约束

电源安全约束包括与固定电源和移动电源相关的约束：

式中：K

式(15)和式(16)将各电源的出力限制在其允许的范围内；式(17)表示发电机内剩余燃料约束；式(18)表示具有V2G功能的电动汽车需满足的SOC约束。

因此，考虑大停电后电动汽车应急保供电模型建立如下：

1)目标函数：式(8)。

2)约束条件：式(1)-(7)，式(9)-(18)。

作为一种可选的实施例，步骤S4中，考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果包括：电动汽车的调配策略、电动汽车作为储能在每时段下的出力结果、负荷恢复结果等。

考虑大停电后电动汽车应急保供电模型可以利用Matlab语言中的Yalmip优化建模工具包和Gurobi求解器进行求解。

实施例2

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电装置，应急保供电装置应用上述的应急保供电装置，包括：

电动汽车调度处理模块，用于根据电动汽车调度的影响，建立电动汽车调度模型，通过电动汽车调度模型得到电动汽车调度约束；

配电网功率平衡处理模块，用于根据不同区域的源荷平衡需求，建立配电网功率平衡模型，通过配电网功率平衡得到配电网功率平衡约束；

大停电后电动汽车应急保供电处理模块，用于结合电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；

决策模块，用于对大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。

本发明不局限于以上的具体实施方式，以上仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例3

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述中任意一项的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法。

可选地，在本实施例中，上述计算机可读存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中，上述计算机可读存储介质包括存储的程序。

可选地，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行以下功能：根据电动汽车调度的影响，建立电动汽车调度模型，通过电动汽车调度模型得到电动汽车调度约束；根据不同区域的源荷平衡需求，建立配电网功率平衡模型，通过配电网功率平衡得到配电网功率平衡约束；结合电动汽车调度约束和包括配电网功率平衡约束的配电网约束，建立大停电后电动汽车应急保供电模型；对大停电后电动汽车应急保供电模型进行求解，得到考虑大停电后电动汽车应急保供电模型的决策结果。

实施例4

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法。

本发明实施例提供了一种设备，该设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现大停电后电动汽车支撑配电网的应急保供电方法的步骤。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM,Read-0nlyMemory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。