一种配电网扩展规划方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车充电、氢燃料电池汽车注氢与配电网规划技术领域，尤其是涉及一种配电网扩展规划方法及装置。

背景技术

交通运输占了能耗的大部分市场，电动汽车与氢燃料电池汽车作为城市中主要交通工具，为进一步推广电动汽车与氢燃料电池汽车发展，解决用户的里程焦虑，政府大力支持电氢制充注一体站的建设。而随着大功率充电设备与制氢的建成，配电网络也需要随之进行扩容,在对配电网和电氢制充注一体站进行协同规划时，需考虑两者的相互影响，尤其是容量配置和扩展的相互关系。同时，配电网络的设施应能够同时满足常规负荷与汽车充电注氢气的需求，对电氢充注一体站与配电网络进行协同规划，能够实现满足充电注氢需求和提升配网规划合理性的双重效益，既能保证充电设施的充足供电与氢设备充足注氢，又可以避免超前规划和过度投资。

尽管已有学者陆续开始进行配电网和电氢一体站的协同规划，但在实际的研究中都会假设给定的配电网有足够的容量来容纳不断增长的电动汽车充电需求与氢燃料电池汽车的氢需求，变向简化了电氢充注一体站规划方案；此外由于电动汽车与氢燃料电池汽车的随机充电注氢行为，使得配电网模型以及电动汽车充电与氢燃料电池汽车注氢具有双重不确定性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种配电网扩展规划方法及装置，其为兼顾电氢气制充注一体站规划和配电网规划的“双层”动态特性的电氢制充注一体站与配电网配置协同规划方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电网扩展规划方法，包括：

读取规划区域的道路信息和用户出行特性，通过电氢需求预测模型，得到该区域的汽车电氢时空分布；

基于所述汽车电氢时空分布以及需求侧约束，以电动汽车用户、氢燃料电池汽车用户、电氢制充注一体站运营商和配电网综合成本最低，构建上层电氢制充注一体站选址定容模型，对电氢制充注一体站进行规划；

若上层电氢制充注一体站选址定容模型确定的电氢制充注一体站规划不满足配电网电力平衡约束时，以扩展规划成本最小构建下层配电网扩展规划模型，对配电网进行扩展，将扩展后的新配电网输入至所述上层电氢制充注一体站选址定容模型中验证；

构建基于上层电氢制充注一体站选址定容模型和下层配电网扩展规划模型的电氢制充注一体站和配电网协同规划模型，采用优化算法规划出综合成本最小的电氢制充注一体站与配电网规划方案。

本发明还提供一种配电网扩展规划装置，包括：

信息捕捉模块，用于读取规划区域的道路信息和用户出行特性，通过电氢需求预测模型，得到该区域的汽车电氢时空分布；

协同规划模块，基于所述汽车电氢时空分布以及需求侧约束，以电动汽车用户、氢燃料电池汽车用户、电氢制充注一体站运营商和配电网综合成本最低，构建上层电氢制充注一体站选址定容模型，对电氢制充注一体站进行规划；

电网规划模块，若上层电氢制充注一体站选址定容模型确定的电氢制充注一体站规划不满足配电网电力平衡约束时，以扩展规划成本最小构建下层配电网扩展规划模型，对配电网进行扩展，将扩展后的新配电网输入至所述上层电氢制充注一体站选址定容模型中验证；

方案求解模块，构建基于上层电氢制充注一体站选址定容模型和下层配电网扩展规划模型的电氢制充注一体站和配电网协同规划模型，采用改进粒子群规划出综合成本最小的电氢制充注一体站与配电网规划方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)综合新能源汽车-电氢制充注一体站-配电网三个层面建立电氢制充注一体站选址定容模型，综合考虑需求侧和配电网侧两个方面的约束，需求侧约束保证汽车用户满意度以及电氢制充注一体站布局的合理性，而配电网侧约束能够保证满足高峰时段的需求，同时电量满足平衡约束；

2)建立电氢制充注一体站和配电网双层规划模型，可以很好的兼顾电氢制充注一体站规划和配电网规划的“双层”特性，一方面通过合理布局电氢制充注一体站，加快电动汽车与氢燃料电池汽车的推广，促进交通领域的绿色革命；另一方面还可以降低配电系统的投资成本和网络损耗。

附图说明

图1为本发明的一种配电网扩展规划方法的流程图。

图2为本发明的一种配电网扩展规划装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种配电网扩展规划方法及装置，该方法具体包括：

步骤S1：构建电氢制充注一体站选址定容模型，包括：

S11：设计电氢制充注一体站规划目标函数：

电氢制充注一体站建设包含运营商-汽车用户-配电网三个层面，minF

minF

式中，C

1)电氢制充注一体站建设投资成本C

式中，N为电氢制充注一体站的数量；c

2)电氢制充注一体站运维成本C

电氢制充注一体站运行维护费用主要包括充注一体站的设备检修维护费用和设备折旧费用，通常情况下，电氢制充注一体站运维成本与投资成本成正比，故运维成本可以表示为：

C

式中，α取值0.01；

3)配电网在运行时间内的年网损成本C

式中，c

4)用户的年充电注氢成本C

C

式中，∑L

S12：设置约束条件：

1)需求范围覆盖，包括：

规划区域内电氢制充注一体站的规划应尽可能地满足该区域的充电注氢需求；

式中，

2)设置电氢制充注一体站距离约束：

汽车用户在进行充电注氢决策时，一般倾向于选择最近的充注一体站进行充电注氢，为防止用户充电注氢行驶距离过长以及站与站之间布局过于密集，两个电氢制充注一体站之间距离约束为：

R

式中，R

l(D

3)设置电氢制充注一体站数量：

用户充电注氢的满意度会受到规划区域内电氢制充注一体站数量的影响，同时充注一体站数量也会影响规划的最优经济成本。

N

式中，N

4)设置节点电压约束：

V

式中，V

5)设置馈线最大电流约束：

|I

式中，I

步骤S2：构建配电网扩展规划模型，包括：

S21:设置配电网扩展规划目标函数：

F

配电网建设成本F

1)网架规划成本f

式中，Φ

2)网架年损耗成本f

式中，c

S22:设置约束条件：

式(1)表示可扩建变压器的功率约束，式中

S23：为防止在求解过程中进行重复建设，每种变压器仅选择一种类型进行扩建或者新建，即：

S24:配电网的规划结果需要保证整体的辐射状，从图论的角度进行分析，一个子图要成为一棵树需满足两个条件：

1)该子图有n-1条边，n表示该子图所含的节点；

2)该子图是连通的。

基于最小生成树算法生成无向图，再根据Kruscal算法生成有向图，以此选取网络拓扑，保证目标网络呈辐射状；通过求取已生成的辐射状网络的邻接矩阵和可达性矩阵判断连通性，以此为网架的连通性约束。

S3：构建电氢制充注一体站和配电网协同规划模型，包括：

电氢制充注一体站和配电网的协同规划是在规划电氢制充注一体站的同时，配电网结构能够同步进行扩展，最终使整体规划的综合社会成本F

F

式中，F

式中，Φ

S4:基于改进权重法的粒子群优化算法采用线性递减权值策略更新粒子的速度，对应的权重表达式为：

式中，w

实施例二

如图2所示，本发明还提供一种配电网扩展规划装置，包括：

信息捕捉模块51，用于读取规划区域的道路信息和用户出行特性，通过电氢需求预测模型，得到该区域的汽车电氢时空分布；

协同规划模块52，基于所述汽车电氢时空分布以及需求侧约束，以电动汽车用户、氢燃料电池汽车用户、电氢制充注一体站运营商和配电网综合成本最低，构建上层电氢制充注一体站选址定容模型，对电氢制充注一体站进行规划；

电网规划模块53，若上层电氢制充注一体站选址定容模型确定的电氢制充注一体站规划不满足配电网电力平衡约束时，以扩展规划成本最小构建下层配电网扩展规划模型，对配电网进行扩展，将扩展后的新配电网输入至所述上层电氢制充注一体站选址定容模型中验证；

方案求解模块54，构建基于上层电氢制充注一体站选址定容模型和下层配电网扩展规划模型的电氢制充注一体站和配电网协同规划模型，采用改进粒子群优化算法规划出综合成本最小的电氢制充注一体站与配电网规划方案。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。