[发明专利]一种计及三相负荷平衡的电动汽车分布式充放电策略

说明书

本发明是一种计及三相负荷平衡的电动汽车分布式充放电调度策略，其特点是，用以解决电动汽车无序充电带来的不利影响，还可有效改善集中式管理具有的计算量大、通讯带宽要求严格的问题。建立电动汽车充放电优化模型，实现夜间填谷以及在负荷高峰时提供V2G服务，进而平滑系统负荷。并在此基础上考虑三相负荷平衡约束，确保系统安全稳定的运行。最后，通过IEEE33节点配电网测试系统对文中提出的控制策略进行验证，结果表明分布式管理能够达到集中式控制的效果，实现削峰填谷，减小三相负荷不平衡。

技术领域

本发明涉及电力系统电力需求响应技术领域，是一种计及三相负荷平衡的电动汽车分布式充放电策略研究。

背景技术

近年来，传统燃油私家汽车数量不断增长，不仅加剧了化石燃料消耗的速度，而且大量汽车尾气的排放造成了严重的环境污染。在面临能源危机和环境恶化的双重压力下，世界各国政府相继出台有关政策推动新能源汽车的发展。在中国，为发展新能源汽车提供重要政策保障，国务院办公厅提出大力推进电动汽车充电基础设施建设，从而有效解决电动汽车充电难题。在美国，能源部通过EV Project计划，为电动汽车用户免费安装充电桩，意在推广电动汽车的使用。

电动汽车的普及已成为一种趋势，未来大规模电动汽车接入电网，无序充电行为会对负荷平衡、电源容量、电能质量、环境等方面产生不利影响。电动汽车充电负荷的时空随机特性给配电系统运行带来更多的不确定性，主要涉及电压偏移、网络损耗、三相负荷不平衡等问题。

目前，国内外学者针对电动汽车充放电控制策略问题开展了广泛大量的研究，其控制策略主要是集中式管理的方式，由中央控制系统根据电动汽车电池模型、行驶模型、配电系统约束条件、电价等信息对接入配电系统的电动汽车进行充电优化，得出每台汽车每一时段充电功率。集中控制需要建立完备的通讯设施，并且处理的数据量大。在电动汽车数量增多时，优化变量和约束条件的增加，将导致优化问题变得更加复杂，甚至不能得到全局最优解。而分布式控制方法则不需要大量的通讯信息和复杂的优化计算，更加适合大规模电动汽车充放电优化。

发明内容

本发明的目的是，提出一种计及三相负荷平衡的电动汽车分布式充放电策略，从而解决电动汽车集中式管理的缺陷和不足。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：

(1)建立电动汽车分布式充放电优化模型：

以负荷填谷为目标的优化模型为：

式中：U(.)是凸函数；P_ch(i,t)是电动汽车i第t时段的充电功率；P_dch(i,t)是电动汽车i第t时段的放电功率；D(t)是配电系统第t时段的常规负荷；

分布式调度与管理将配电系统分成若干个子区域，通过对子区域电动汽车的分散控制完成整个配电系统中电动汽车充放电功率优化。每个子区域配置一个中间运营商，中间运营商的作用是制定虚拟价格信号，将电动汽车的充电时段引导至配电系统用电低谷时段。中间运营商以负荷填谷为目标制定的虚拟价格信号数学模型如下：

式中，▽U(.)是凸函数U(.)的导数；系数γ的范围是β是利普希茨常数，从而确保分布式充放电优化过程收敛。虚拟价格信号随常规负荷与电动汽车充放电功率情况发生变化，负荷需求大时，虚拟价格信号较高。

中间运营商根据常规负荷以及电动汽车充放电功率情况制定虚拟价格信号后，将该虚拟价格信号发送至其所管辖的电动汽车用户。基于此，用户根据该虚拟价格信号来优化自身充放电功率，一方面使充电成本最小，另一方面要兼顾三相负荷不平衡问题，对充放电功率进行修正，并将充放电功率信息反馈至中间运营商，由中间运营商再次制定虚拟价格信号，从而得出最优的充放电计划。用户充放电优化模型如下：