[发明专利]考虑配网潮流约束的高速公路快速充电站启发式规划方法

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车快速充电站规划技术领域，涉及配电网潮流约束和交通出行需求的选址定容启发式规划方法。

背景技术

目前为止，充电站规划方面的研究还比较初步，尚没有形成全面而系统的充电站规划模型与方法。现有的有关选址定容的方法，多数以俘获最大的交通网络流量对充电站进行选址定容或者以充电站运营商所获得的净现值收益最大为目标进行充电站规划方案的优选。然而，由于电动汽车特有的电池属性，基于机动车出行历史数据以俘获最大交通流量为目标的快速充电站规划方法并不一定能很好的俘获电动汽车充电需求点的分布信息，而考虑充电需求点的分布可更加精确的确定快速充电站的候选站址；同时由于充电站既是交通基础设施也是电力设施的二重属性，在规划中还应综合考虑电动汽车用户的出行需求和配电网的潮流约束，属于典型的多学科交叉问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，综合考虑配网潮流约束和交通出行需求，提出了一种高速公路电动汽车快速充电站启发式规划方法，解决高速公路上电动汽车快速充电站的选址和定容的问题。该启发式规划方法：1)结合电动汽车交通出行特征信息考虑电动汽车充电需求点的分布以给出快速充电站的候选站址空间；2)通过提出一种启发式规则来考虑配网潮流约束，确定一种规划方案。该规划方案可在保障电动汽车用户的交通出行需求的同时满足配网潮流约束。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种考虑配网潮流约束的高速公路快速充电站启发式规划方法，主要包括确定电动汽车充电点的时空分布预测，确定快速充电站的服务半径和确定候选地址的充电需求，从而得到电动汽车快速充电站的规划方案；具体步骤如下：

步骤一：电动汽车充电点的时空分布预测：确定高速公路中每辆电动汽车需要充电的位置和时间；每个位置即为一个快速充电站的候选站址，快速充电站的候选站址的集合即为快速充电站的候选站址空间；

步骤二：根据步骤一电动汽车充电点的时空分布预测结果，利用中心极限定理确定快速充电站的服务半径SR；

步骤三：根据步骤一确定的快速充电站的候选站址空间和步骤二确定的快速充电站的服务半径SR，利用共享型最近邻居聚类算法确定每个候选站址的充电需求；最后确定快速充电站的候选站址空间中所有候选站址按照充电需求由大到小排序的队列CD；

步骤四：确定快速充电站的规划方案：根据以上步骤确定的电动汽车需要充电的位置和时间，快速充电站的服务半径SR和候选站址充电需求的排序队列CD，按照启发式规则考虑配网潮流约束确定最终的快速充电站的站址和容量，从而得到快速充电站的规划方案，具体步骤如下所示：

步骤4-1：取i＝1；

步骤4-2：根据步骤三得到的队列CD，取CD(i)为第一个候选站址；

步骤4-3：相邻电动汽车快速充电站之间的距离满足公式(1)；依次搜寻队列CD中满足公式(1)的候选站址，从而确定一组候选站址方案。

SR≤D_nei≤2*SR(1)

式(1)，D_nei是两个相邻电动汽车快速充电站之间的距离；

步骤4-4：利用步骤一得到的电动汽车需要充电的位置和时间和步骤4-3得到的候选站址方案，利用定容模型，确定所述候选站址方案中每个候选快速充电站的容量，从而确定充电机个数；所述定容模型的优化目标是充电机成本和等待成本之和最小，确定快速充电站的充电机台数，所述定容模型如公式(2)和公式(3)所示：

min z＝C_sc+C_wL_s(2)

s.t.W_s≤t_w(3)

式(2)和式(3)中，z是总成本；C_w是每个电动汽车用户单位时间的时间成本；C_s是一个充电机的每一小时的投资成本，其中，V₀是一个充电机的一次性购买成本；i_r是利率；p是一个充电机的使用寿命；L_s平均等待队长，W_s是平均等待时间，并按照快速充电站服务系统满足排队论M/M/S模型，确定平均等待队长L_s和平均等待时间W_s；t_w是一个时间常数，t_w为10到40min；至此得到一快速充电站的候选规划方案；