电动汽车调控及变压器寿命优化方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及电力系统调度领域，尤其是涉及一种电动汽车调控及变压器寿命优化方法、装置及存储介质。

背景技术

大量电动汽车的接入将会极大地影响配电网的运行，一方面会增大配电网的负荷，形成新的负荷高峰，而严重时会峰上加峰，另一方面目前应用最广泛以的快速充电方式，其较大的电压、电流与功率对配电网谐波污染较大，影响配电变压器的热点温度和使用寿命。

但是现有技术中，通常是将发电成本和/或用电成本作为优化目标来对电价的动态调节系数进行选定，无法满足缩小电动汽车负荷峰谷差和变压器寿命损失最小的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种电动汽车调控及变压器寿命优化方法、装置及存储介质，建立以电网负荷峰谷方差最小、电动汽车充电费用最低和变压器寿命损失最低为优化目标的多目标优化模型，并以电动汽车SOC和充电电价作为约束条件，利用多目标优化的方式来求解，可以得到准确的结果，从而优化变压器寿命的同时提高处理器的处理效率，从而降低对于处理器的要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车调控及变压器寿命优化方法，包括：。

步骤S1：建立以电网负荷峰谷方差最小、电动汽车充电费用最低和变压器寿命损失最低为优化目标的多目标优化模型，并以电动汽车SOC和充电电价作为约束条件；

步骤S2：读取电价矩阵和电动汽车数据，其中，电动汽车数据包括电动汽车数量、充电功率、电动汽车剩余电池容量的最大值SOCmax与最小值SOCmin；

步骤S3：设置全局参数，并基于设置的全局参数初始化种群，其中，所述全局变量包括初始种群个数、目标函数维数和迭代次数，种群中的每一个体均为一个候选解；

步骤S4：对形成的初始种群进行快速非支配排序分层和拥挤度计算；

步骤S5：基于拥挤度距离和非支配排序结果确定种群中最优解和最劣解；

步骤S6：按照位置更新策略修正个体；

步骤S7：重新进行非支配排序并计算拥挤度；

步骤S8：判断是否达到最大进化次数，若不满足则并返回步骤S5，若满足则输出解集，其中，所述解集包括所有候选解。

所述电网负荷峰谷方差最小的目标函数F

其中：T为时段的数量，P

所述电动汽车充电费用最低的目标函数F

其中：T为时段的数量，P

所述变压器负载系数具体为：

其中：P

所述变压器寿命损失最低的目标函数F

F

其中：L为变压器寿命损失。

所述变压器寿命损失具体为：

其中：V

电动汽车充电桩谐波模型为：

其中：I

所述约束条件具体为：

其中：SOC

一种电动汽车调控及配电变压器寿命优化装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。

一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、建立以电网负荷峰谷方差最小、电动汽车充电费用最低和变压器寿命损失最低为优化目标的多目标优化模型，并以电动汽车SOC和充电电价作为约束条件，利用多目标优化的方式来求解，可以得到准确的结果，从而优化变压器寿命的同时提高处理器的处理效率，从而降低对于处理器的要求。

2、基于电价矩阵和电动汽车数据来建立目标函数，参数获得来源准确，提高优化的准确性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明采用算法的流程示意图。

图3为本地负荷及环境温度示意图。

图4为无电动汽车时配电变压器运行特性示意图。

图5为电动汽车渗透率50％时配电变压器运行特性示意图。

图6为电动汽车渗透率67％时配电变压器运行特性示意图。

图7为电动汽车渗透率83％时配电变压器运行特性示意图。

图8为电动汽车渗透率100％时配电变压器运行特性示意图。

图9为电动汽车渗透率50％时优化结果示意图。

图10为电动汽车渗透率67％时优化结果示意图。

图11为电动汽车渗透率83％时优化结果示意图。

图12为电动汽车渗透率100％时优化结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

建立了包括电动汽车负荷峰谷方差最小、用户充电费最小和变压器寿命损耗最小在内的多目标模型，模型考虑了电动汽车SOC、充电电价约束条件，基于电动汽车渗透率对变压器寿命影响，提出最优充电电价机理下电动汽车负载率，从而实现配电网变压器寿命损失最小。

通过含精英策略的快速非支配排序JAYA算法，对模型进行寻优，如图1和图2所示，寻优过程为：

步骤S1：建立以电网负荷峰谷方差最小、电动汽车充电费用最低和变压器寿命损失最低为优化目标的多目标优化模型，并以电动汽车SOC和充电电价作为约束条件；

步骤S2：读取电价矩阵和电动汽车数据，其中，电动汽车数据包括电动汽车数量、充电功率、电动汽车剩余电池容量的最大值SOCmax与最小值SOCmin；

步骤S3：设置全局参数，并基于设置的全局参数初始化种群，其中，所述全局变量包括初始种群个数、目标函数维数和迭代次数，种群中的每一个体均为一个候选解；

步骤S4：对形成的初始种群进行快速非支配排序分层和拥挤度计算；

步骤S5：基于拥挤度距离和非支配排序结果确定种群中最优解和最劣解；

步骤S6：按照位置更新策略修正个体；

步骤S7：重新进行非支配排序并计算拥挤度；

步骤S8：判断是否达到最大进化次数，若不满足则并返回步骤S5，若满足则输出解集，其中，所述解集包括所有候选解。

建立综合考虑电动汽车负荷峰谷方差、用户充电费和变压器寿命损耗的多目标优化方案：

F＝{F

各分目标F

1)电网原负荷与电动汽车负荷相叠加的峰谷方差最小为目标函数为：

其中：T为时段的数量，P

2)电动汽车用户充电费用最小目标函数为：

其中：T为时段的数量，P

3)变压器寿命损失最小目标函数为：

F

其中：L为变压器寿命损失。

各约束条件包括：电动汽车SOC约束条件和充电电价约束条件。

其中：SOC

变压器热点寿命评估模型如下：

1)谐波电流扰动下的配电变压器损耗模型：

P

式中P

2)谐波电流下油浸式配电变压器热点温度模型：

P

P

式中：Δθ

3)变压器绝缘老化模型：

式中：θ

指数模式地变压器负载系数如下：

y

电动汽车谐波模型如下：

1)电动汽车充电负荷特性模型：

式中：均值μ

2)电动汽车充电桩谐波模型：

式中I

本实施例通过具体数据实施本发明的方法，结果显示，通过仿真充电负荷谐波对配电变压器寿命损失影响，而后对电动汽车充电策略的配电运行进行优化，建立了最优电价引导下电动汽充电车计划，为配电网运行提供了参考。本实施例的数据如下所示：

以SH15-M油浸式变压器为对象，配电变压器低压负载侧连接电动汽车充电负荷和本地常规负荷，变压器参数如表1所示。计算谐波电流作用下的变压器热点温度、相对老化率和寿命损失涡流损耗P

表1变压器参数

设电动车充电功率为9kW,分别考虑电动汽车渗透率为0％、50％、67％、83.3％、100％情况下，充电负荷对配电变压器顶层油温、热点温度、相对老化率及1天内寿命损失影响，如图4-图8所示

图4为不包含电动汽车充电负荷情况下的变压器相关参数变化曲线，此时的变压器仅带本地负荷。由图4可知变压器的相对老化率、热点温度及顶层油温的最大值均出现在14：00(环境温度最高时)时，其值分别为0.0272、66.8087及62.0993。此时的变压由于处于轻载状态，热点温度未达98℃，其实际工作寿命将会延长，延长23.613小时。

对比图4和图5可知在接入电动汽车负荷的情况下，变压器的特征参数迅速变化，计及谐波电流时，渗透率为50％时，三个特征值最大值为64.107、134.014和105.433，此时的变压器寿命损失达到37.25小时。

分析图6-图8可知，当电动汽车渗透率达到67％时，三个特征参数为62.997、133.863和105.282，此时的变压器寿命损失达到47.835小时。当渗透率达到83％时，三个特征参数最大值为92.5607、137.914和108.612，此时的变压器寿命损失达到62.1233小时。当渗透率达到100％时，三个特征参数最大值为170.236、1442.468和113.887，此时的变压器寿命损失达到74.7417小时。由此可见见电动汽车接入会给配电网带来很大的谐波干扰，并加剧变压器的寿命损失。

设立初始电价为1元/(kW·h)，最低充电电价不得低于发电边际成本电价0.25元/(kW·h)，最高电价不得高于2元/(kW·h)。电动汽车峰谷平时段充电的价格弹性矩阵：

根据图9-图11，优化之后，在渗透率为50％、67％、83％、100％时变压器的寿命损失为：37.088小时、37.986小时、39.198小时和40.613小时，依次减少0.43％、20.59％、39.90％、45.66％，由此可见在电动汽车渗透率越来越高时，在对电动汽车充电进行引导之后，变压器寿命损失减少的比例响应增加，说明该控制策略可以有效的减少变压器的寿命损失。

上述功能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(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。