[发明专利]基于电动汽车换电站的配电网优化电压管理方法

权利要求书

1.基于电动汽车换电站的配电网优化电压管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，定义目标函数f_min：

通过最小化f_min来减小配电网中的电能损耗，目标函数f_min如公式(1)所示：

公式(1)中，I_l为输电线路l中的电流，R_l为输电线路l的电阻，配电网共有N条输电线路，l＝1，2，…，N；f_min为最小化配电网中的电能损耗的目标函数；

步骤(2)，确定算法约束条件：

所述的约束条件包括功率平衡约束条件、变电站电能供给约束条件、电压安全限制约束条件、输电线传输能量限制约束条件、电动汽车的最大能量调节约束条件、以及每个换电站提供或吸取的有功功率的约束条件；

步骤(3)，确定电压灵敏度系数：

电压灵敏度系数通过对配电网的雅可比矩阵进行求逆获得；

步骤(4)，求解优化函数并进行控制：

根据步骤(2)确定的约束条件和步骤(3)得到的电压灵敏度系数，使用粒子群算法求解步骤(1)的目标函数，得到换电站m所需提供或吸收的有功功率ΔP_m，然后根据ΔP_m控制配电网中的相应的换电站，若ΔP_m是正的，说明换电站需要充电吸收多余的光伏发电；反之，换电站需要释放电能维持电压安全；

确定算法约束条件的具体步骤为：

(a)功率平衡约束条件：

电网和光伏发电的有功功率和无功功率之和必须等于负荷需求以及配电网的功率损耗之和：

公式(2)中，P_load，P_PEVs，P_loss，P_trans和P_n，PV分别是传统负载消耗的有功功率、电动汽车消耗的有功功率、配电网中的有功功率损耗、电网提供的有功功率、光伏发电提供的有功功率；Q_load，Q_loss和Q_trans分别是负载和损耗的无功功率，以及电网提供的无功功率；

(b)变电站电能供给约束条件：

变电站的最大电能供给由其变压器的容量所限制：

公式(3)中，和分别是变电站变压器所能提供的最大有功和无功功率；

(c)电压安全限制约束条件：

每个母线的电压必须在安全范围内：

V_min≤V_k≤V_max    (4)

公式(4)中，V_k是母线k处的电压；V_min是电压的安全下限，V_max是电压的安全上限；

(d)输电线传输能量限制约束条件：

输电线的能量传输由其本身的参数所限制：

公式(5)中，S_l，t是在t时刻输电线路l上的视在功率，是输电线路l的最大传输限制；

(e)电动汽车的最大能量调节约束条件：

换电站可用于充放电的电池数量由电动汽车的数量所限制：

公式(6)中，EV_m，t是在第m个换电站中t时刻使用的电动汽车的数量，是第m个换电站中t时刻可使用的最大电动汽车的数量；

(f)每个换电站提供或吸取的有功功率的约束条件：

每个换电站提供或吸取的有功功率由所需要调节的电压数值以及电力系统电压敏感度系数确定：

ΔV_kx＝∑_kxC_kxkyΔP_m     (7)

公式(7)中，ΔV_kx是为了确保电压安全对于母线kx上所需要调节的电压值，C_kxky是换电站所在的母线ky对目标母线kx的电压灵敏度系数，ΔP_m是位于母线ky的换电站m所需提供或吸收的有功功率；

确定电压灵敏度系数的具体方法为：

电力系统的潮流计算公式如下：

式中，P_k和Q_k分别是母线k所注入的有功和无功；Y_kq＝G_kq+jB_kq是连接母线k和另一母线q的输电线、路的导纳；V_k∠θ_k和V_q∠θ_q是母线k和另一母线q的电压矢量；O为母线的总数；

配电网的雅可比矩阵通过对公式(8)进行线性化变换获得：

公式(9)中，ΔP、ΔQ、Δθ、ΔV为四个向量，分别代表所有母线的有功功率的变化、无功功率的变化、电压相角的变化以及电压幅值的变化；

对于公式(9)，等式左右分别左乘的逆矩阵就可以得到：

公式(10)中，以及

将要调节的目标母线的电压表示为ΔV_k，并将具有换电站m所能提供的有功功率和无功功率表示为ΔP_m和ΔQ_m；c_mk和D_mk分别是有功功率和无功功率对应的灵敏度系数，表示由第m个换电站的有功功率和无功功率变化引起的母线k上的电压变化；假设换电站只进行有功功率的调节，则忽略D_mk的影响，而目标第k母线的电压变化计算为：

ΔV_kx＝∑_kxC_kxkyΔP_m     (7)；

公式(7)中，ΔV_kx是为了确保电压安全对于母线kx上所需要调节的电压值，C_kxky是换电站所在的换电站所在的母线ky对目标母线kx的电压灵敏度系数，ky≠kx，且ky和kx都小于等于所研究配电网的最大母线数，ΔP_m是位于母线ky的换电站m所需提供或吸收的有功功率。