配电网接纳电动汽车能力评估方法研究.pdf

  • 文档大小:520.6 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 7页
  • 2021-06-25 发布
  • 举报
配电网接纳电动汽车能力评估方法研究1 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究2 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究3 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究4 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究5 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究6 配电网接纳电动汽车能力评估方法研究7
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共7页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第43卷第12期2015年6月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVl01.43NO.12Jun.16.2015配电网接纳电动汽车能力评估方法研究张祥文,江星星,王龙,张聪。,田炯。,马军(1.中国电力科学研究院,北京100192;2.强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)湖北武汉430074;3.国网宁夏电力公司,宁夏银川750001)摘要:规模化的电动汽车接入将对配电网的运行与规划产生显著影响,提出一种配电网接纳电动汽车能力的评估方法。采用蒙特卡洛模拟不同类型电动汽车的并网场景,建立负荷预测模型,根据配电网的拓扑结构及供电方式划分供电区域,结合电动汽车负荷的时空分布特性和配电网的供电区域进行分层负荷分配,计算系统总负荷,判断负荷过载情况。在此基础上利用三相潮流结果的概率模型,从节点电压偏移和网络功率损耗评估配电网运行情况。以IEEE123节点配电网为例进行了适应性评估,该评估方法可为配电网运行与规划设计提供分析手段。关键词:电动汽车;供电区域;时空特性;三相潮流;概率模型’ResearchonassessmentmethodsofdistributionnetworkSabilityofadmittingelectricvehiclesZHANGXiangwen,JIANGXingxing,WANGLong,ZHANGCong,TIANJiong,MAJun。(1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beiji ̄g100192,China;2.StateKeyLaboratoryofAdvancedElectromagneticEngineeringandTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China;3.StateGridNingxiaElectricPowerCompany,Yinchuan750001,China)Abstract:Largescaleofelectricvehicles(EVs)integrationwillhaveasignificantimpactOiltheoperationandplanning’ofdistributionnetwork,thispaperpresentsartassessmentmethodsofdistributionnetworkSabilityofadmittingEVs.BasedonscenariosofdifferenttypesEVsintegration,whicharesimulatedbyMonteCarlostochasticmethods,thispaperdescribesamathematicalmodelofEVsloadprediction.Accordingtothedistributionnetworktopologyandthemodeofpowersupply,powersupplyregionisdivided.ConsideringthespatialandtemporalcharacteristicsofEVchargingload’andthepowersupplyregion,loadsaredistributedinahierarchypattern.CalculatingnetworkStotalloadandjudgingwhetherthetotalloadisoverload.Theprobabilisticmodelbasedont—heresultsofthreephaseflowassessestheoperationsituationofdislributionnetwork仔0mvoltageexcursionsandnetworkpower1OSS.TheIEEE123noderadialdistributionfeedersistakenasanexampleforflexibili妙evaluation.Thismethodisapowerfultoolfordistributionnetworkoperationandplanning.—Keywords:electricvehicles;powersupplyregion;spatialandtemporal;threephaseflow;probabilisticmodel中图分类号:TM619文献标识码:A—文章编号:16743415(2015)12-0014-070引言发展电动汽车被认为是提高可再生能源利用率和降低碳排放的重要技术途径,多国政府出台了相关政策来推动其发展DI。大量的电动汽车充电负荷接入将对配电网的运行产生显著影响L2J。电动汽车充电负荷在时间和空间上具有随机性,给配电网规划带来了新的挑战}4】。配电网对规模化电动汽车接基金项目:国家自然科学基金委项目(51361135704);国家科技支撑计划项目(2013BAA01B02);国家电网公司项目资助入的适应性评估是未来配电网运行与规划所要考虑的重要因素。目前配电网对规模化电动汽车接入的适应性评估主要从系统负荷、安全稳定运行和经济运行等方面考虑。文献f51给出了不同渗透率下的电动汽车接入对配电网负载率、节点电压和线路损耗的影响,但没有考虑不同类型电动汽车充电负荷的差别和配电网三相供电不平衡的特点。文献[6]采用半不变量法概率潮流计算分析了电动汽车充电负荷对配电网线路有功功率和节点电压的影响,仅分析了电动汽车充电负荷接入某一节点的情况。文献[7]从电动汽张祥文,等配电网接纳电动汽车能力评估方法研究.15.车充电负荷接入对网络损耗的影响分析了配电网的经济运行问题。文献[8]针对某一实际配电网,在满足变压器与线路限制、三相不平衡和电压稳定等网络运行约束的条件下,采用最优充电的方法增加了配电网接纳电动汽车的能力。文献[9】结合两个居民配电网,说明了电动汽车负荷分布在不同的节点,会对配电网的接纳能力产生较大的影响。文献[1o】对比分析了不同的智能控制策略对配电网经济性的影响,说明了在选择最优充电场景时必须考虑配电网的运行情况。文献[11】从电动汽车渗透率和充电模式等方面分析了电动汽车充电负荷对配电网节点电压偏移和变压器过载情况的影响。本文提出一种配电网接纳电动汽车能力的评估方法。首先,基于蒙特卡洛随机抽样的方法模拟含不同类型电动汽车的充电负荷,根据配电网的拓扑结构将配电网进行供电区域划分,结合负荷的时空分布特性和配电网的供电区域采用分层的方式进行负荷分配,并计算计及电动汽车的系统负荷,判断是否出现负荷过载情况,在此基础上依据配电网三相参数不对称和三相负荷不平衡的典型特点,采用三相潮流计算的方法,从节点电压偏移和网络功率损耗的概率分布特性评估配电网接纳电动汽车的能力,并以IEEE123节点配电网为例进行了适应性评估和最大接纳能力评估。1电动汽车充电负荷模拟与分配1.1基于蒙特卡洛随机抽样模拟电动汽车负荷用户出行规律和充电控制策略是影响电动汽车充电负荷的关键因素。其中电动汽车类型对用户出行规律的影响较大,导致起始充电时刻、起始电量和离开时刻等参数不同ll引。目前充电策略主要分为无序充电、分时电价机制和智能充电。无序充电为电动汽车并网即开始充电:分时电价机制是通过市场经济刺激的方法引导用户在负荷低谷期充电ll3】;智能充电则是通过合理安排电动汽车充电计划,实现电网某种目标最优运行,例如以平滑负荷曲线或减少弃风为目标【l剞。根据文献【l5】提出的电动汽车充电负荷的统计学建模方法,通过不同类型电动汽车用户出行规律的统计数据,拟合得到其概率分布特性,利用蒙特卡洛随机抽样确定每一辆电动汽车的并网参数,根据充电控制策略的选择确定有效充电时刻,计算得到规模化电动汽车的充电负荷。1.2基于供电区域划分的分层负荷分配结合负荷的时空分布和配电网的供电区域采用分层的方式进行负荷分配的方案如图1所示。节点层负荷分配图1电动汽车充电负荷分配模型Fig.1DistributionmodelofEVchargingload根据电动汽车的充电位置,可以将配电网供电区域大致划分为居民区、工作单位、商业区和快速充电站等【l61。电动汽车在居民区和工作单位一般采用慢速充电,由单相线路供电;在商业区采用快速充电,三相线路供电【l。对于给定的配电网,将其进行供电区域划分,确定各供电区域所包含的网络节点。结合配电网的供电区域,将各类型电动汽车的充电负荷分配到相应的供电区。具体分配到每个节点的电动汽车充电负荷,可以按照各节点常规负荷占相应供电区域常规负荷的比例进行分配,如式(11所示。ⅣJP,J×ⅣⅣⅣ式中:是节点.,所分配到的电动汽车个数;是电动汽车总数;为节点。,连接的常规负荷大小;∑%为相应供电区常规负荷的总量;M为相应供电区域节点个数。2配电网接纳电动汽车能力评估方法本文提出配电网接纳电动汽车能力的评估方法。一方面,在电动汽车负荷预测与分配的基础上根据配电网潮流计算结果的概率分布,利用由置信区间所确定的大概率事件区间,从系统负荷、节点电压偏移和网络功率损耗开展规模化电动汽车接入的配电网适应性评估;另一方面,对于给定的配电网,考虑合适的充电策略,评估其可接入的最大电动汽车规模。为了评估配电网最大接纳能力,以系统负荷、节点电压偏移和系统经济运行的约束条件为评估依据,不断增加电动汽车规模,直到系统负荷出现过载或节点电压出现越限或网络功率损耗超过系统允许的经济运行范围,此时的规模即为电动汽车最大可接入量。在评估过程中,为了提高精确度,并且加快仿真速度,采用自适应的方法,由快到慢逐渐增加电动汽车规模,即在电压偏移较小时快速提高电动汽车规模,而当电压偏移较大时则减慢电动汽.16一电力系统保护与控制车规模的增加速度,其表达式如式f21。ⅣAN=』Um一Ulii『Xs。(2)式中:。为当前规模下各节点中偏移量最大的电压;为电压的限制;为设定的电动汽车增量。图2所示为评估配电网接纳电动汽车能力的流程图。具体步骤如下。步骤一:确定常规负荷下的系统状态,作为评估基准。具体包括:读取网络拓扑结构、线路参数、网络节点负荷、额定电压和额定容量等参数。不考虑电动汽车充电负荷接入,计算网络各时段潮流。步骤二:供电区域划分。结合配电网拓扑结构、配电网供电线路参数和区域规划特点按照不同类型电动汽车的充电位置划分配电网供电区域。步骤三:设置电动汽车规模。电动汽车规模包括不同类型电动汽车的数量及其相对比例大小。步骤四:采用蒙特卡洛模拟一种电动汽车并网场景。根据用户出行规律的概率统计分布,由蒙特卡洛随机抽样得到每一辆电动汽车的并网和离网时刻、充电模式、起始电量、用户期望电量等参数。步骤五:选择充电控制策略,计算电动汽车负荷,并进行负荷分配。根据充电控制策略确定充电计划,计算电动汽车负荷。结合负荷的时空分布特性和配电网供电区域采用分层的方式进行负荷分配,得到每个网络节点的电动汽车负荷。步骤六:计算计及电动汽车后的系统总负荷大小,判断是否超过系统额定容量,若超过,则达到配电网最大接纳能力;若没有,则进行步骤七。步骤七:计算计及电动汽车充电负荷后的网络各时段潮流。步骤八:根据蒙特卡洛模拟样本数,重复步骤四到步骤八。判断是否评估电动汽车最大渗透率,“”如果是则进行步骤九,否则进入步骤十。步骤九:根据网络运行约束条件判断电动汽车规模是否达到最大渗透率,如果没有,增加电动汽车规模,重复步骤三到步骤九,否则进入步骤十。步骤十:根据系统负荷、三相线路节点电压偏移和网络功率损耗的概率分布情况,由置信区间和网络运行约束条件分析网络运行状态,输出评估结果。3算例分析3.1算例场景设置本算例场景设置主要包括以下两部分内容。1)典型配电网模型介绍选取IEEE123节点配电系统为例,开展规模化电动汽车接入的配电网适应性研究和其最大接纳电图2评估方法流程图Fig.2Flowchartoftheevaluationmethod动汽车能力评估,其网络拓扑结构如图3所示。该系统额定电压4.16kv,额定容量5000kVA[引。在图3中划分了居民区、工作单位、商业区、快速充电站和公交集中充电站。图4为该配电网各供电区域常规负荷曲线。●电源点#公交乍集c}充-n¨●点充电站竹A●m俘场允电站点工作单位充电仉●斌民光电点图3IEEE123节点配电系统拓扑结构Fig.3TopologyoflEEE123nodedistributionnetwork张祥文,等配电网接纳电动汽车能力评估方法研究一17.≥碍蜃蚤扭时刻/h图4各供电区域常规日负荷曲线’Fig.4EachpowersupplyregionStraditionaldailyloadcurve2电动汽车并网场景设置根据本算例配电网的电压等级和容量,假定该配电区域的私家车1000辆、公交车50辆、出租车100辆。依照文献[16】给出的用户出行规律计算电动汽车并网各参数的概率分布情况,具体包括充电地点、并网时刻、离网时刻、停留时间、起始电量等参数。相关参数设置如表l所示,其中N代表正态分布,U代表均匀分布。根据文献[17】对充电等级的说明,本算例设定慢速充电功率3kW,常规充电12kW,快速充电功率40kW。同时设置蒙特卡洛模拟次数为1000次。表1不同类型电动汽车的并网参数Table1DifferenttypesEVsintegrationparameter3.2电动汽车并网的适应性评估选择无序充电,从系统负荷、三相线路节点电压和网络功率损耗的概率分布特性评估配电网对电动汽车接入的适应性。1)系统负荷图5为该规模电动汽车下的系统总负荷情况。根据文献【15】提出的统计学建模方法,由中心极限定理,可以利用置信区间[一3+3O"]估算出电动汽车负荷的期望和上下限值。电动汽车充电负荷期望值与常规负荷叠加之后形成了峰上加峰的现象,负荷峰值接近系统额定容量。2)三相线路节点电压由图6看到A相电压偏移程度最大,可以根据A相电压分布情况进行该配电网适应性评估。图5电动汽车负荷对网络总负荷的影响’Fig.5ImpactofEVsloadonthenetworkStotalload系统各时刻电压偏移最大节点的A相电压分布情况如图7所示。与常规网络节点电压相比,电动汽车负荷接入后,节点电压偏移程度增大,由于14:00左右计及电动汽车后的总负荷较大,导致此时刻左右的电压偏移程度相对其他时刻较大。-I====老引一l—・一f榭m捌蛔I’—’~.2:、—■/:一:::-_ll:一:::::廿a~=:、^一d.:24:004:008:0012:0016:0020:0024:00时 ̄tl/h图6网络三相电压分布’Fig.6NetworkSthree-phasevoltagesprofile、。。j二:=肇f》.;j主斟.3)网络有功功率损耗网络损耗是配电网经济运行的重要指标。从图8可以看到,电动汽车接入后,网络有功功率损耗增加,其中12:00左右电动汽车负荷较大,此时网络有功功率损耗增加最多。3.3配电网最大接纳能力评估随着电动汽车负荷的接入,系统负荷、电压偏移程度和网络有功功率损耗增加,影响系统的安全稳定运行和经济运行。因此,需要评估在确保配电网安全稳定和经济运行的前提下允许接入的最大电O5O5O505O5054433221O050505O505O0O99887766O0O99999999lO0O0OOOOA,掣㈣螂哪啪●0O0OOOO.18.电力系统保护与控制0击石__J。_-L时 ̄f]/h图8电动汽车负荷对有功功率损耗的影响Fig.8Impactofelectricvehiclesloadonactivepowerloss动汽车规模。考虑到私家车规模波动较大,本算例只对私家车的最大接入规模进行评估。图9~图11分别为增大电动汽车规模时,系统总负荷、节点电压和网络有功功率损耗的变化情况。当私家车规模增加到1202辆时,系统负荷出现过载,达到该配电容量的最大接纳能力。鬻辎僻督扭时刻/h图9网络负荷曲线’Fig.9NetworkSloadcurve二掣笺;敬搿躲一'_,I^,':‘’/一是.卓24:004:008:00l2:0016:0020:0024:00时刻/h图10网络节点电压曲线’Fig.10NetworkSnodevoltagescurvel=:==豢蠢1l・一强大规模Ev有功功事损耗。l..^/:●1.,1.’-0:::::24:004:008:0012:00l6:0020:0024:00时 ̄ ̄t/h图11网络有功功率损耗曲线’Fig.11NetworkSactivepowerlosscurve节点电压偏移程度相比初始规模情况下有所增大,但未出现节点电压越限情况,网络有功功率损耗相比初始电动汽车规模情况下也略有增加。假定系统额定容量增加到10MVA,再进行最大接纳能力评估,系统节点电压、网络负荷和有功功率损耗如图12~图14所示。当私家车规模增加到5510辆时,12:00和14:00系统节点电压低于0.93(根据文献【5]可知,节点电压偏移的约束条件为允许电压偏移为额定电压的±7%),出现越限,达到该配电网安全稳定运行下的最大接纳能力。:I=:==器数传【I—o一最火Ev规模A棚}1I胍.::=、擘===》睇-、0、::。。。叶。:.::一\八:。时刻,h图12网络节点电压曲线’Fig.12NetworkSnodevoltagesCHIve‘:—I二:=季骝ll.:口■.一▲,羁ll、一.'¨.、.\...^,图13网络负荷曲线’Fig.13NetworkSloadchIve时刻m图14网络有功功率损耗曲线’Fig.14NetworkSactivepowerlossctlrve系统总负荷还未出现过载情况,但相比原始系统,12:00和14:00左右的负荷峰值增加很多,峰谷差增大。同时网络有功功率损耗大大增加,其中12:00左右增幅最大,增幅达到3.5%,对配电网的经济运行有很大的不利影响。05O505322L1O1OO000OOOA/幽掣《咖咖!OOO00OO0张祥文,等配电网接纳电动汽车能力评估方法研究一19一≥垂;一差;方法,该方法首先采用蒙特卡洛随机抽样的方法模拟电动汽车的充电负荷,根据配电网的拓扑结构和供电方式划分不同的供电区域,并结合电动汽车负荷的时空分布特性进行负荷分配,判断负荷过载情况。在此基础上采用三相潮流计算的方法,从系统节点电压偏移和网络损耗的概率分布特性评估配电网的运行情况。以IEEE123节点配电网为例,评估了配电网对电动汽车的接纳能力,该评估方法可以对配电网的运行与规划起到一定的指导作用。参考文献[1]高赐威,张亮.电动汽车充电对电网影响的综述[J].电网技术,2011,35(2):127-131.GAOCiwei,ZHANGLiang.Asurveyofinfluenceofelectricsvehiclechargingonpowergrid[J].Power—SystemTechnology,2011,35(2):127131.[2]马玲玲,杨军,付聪,等.电动汽车充放电对电网影响研究综述[J】.电力系统保护与控制,2013,4l(3):140.148.MALingling,YANGJun,FUCong,eta1.Reviewonimpactofelectriccai"charginganddischargingO11powergrid[J].PowerSystemProtectionandControl,2013,41(3):140-148.[3]陈晟.电能质量与供电可靠性关系分析[J].高压电器,2013,49(12):99-103.CHENSheng.Analysisofrelationshipbetweenpowerqualityandpowersupplyreliability[J】.HighVoltageApparatus,2013,49(12):99-103.[4]胡泽春,宋永华,徐智威.电动汽车接入电网的影响与利用【J】.中国电机工程学报,2012,32(4):1-10.HUZechun,SONGYonghua,XUZhiwei.Impactsandutilizationofelectricvehiclesintegrationintopowersystems[J].ProceedingsoftheCSEE,2012,32(4):1-10.[5]李惠玲,白晓民.电动汽车充电对配电网的影响及对策【J].电力系统自动化,2011,35(17):38.43.LIHuiling,BAIXiaomin.Impactsofelectricvehicleschargingondistributiongrid[J].AutomationofElectric—PowerSystems,2011,35(17):3843.[6]蔡德福,钱斌,陈金富,等.含电动汽车充电负荷和风电的电力系统动态概率特性分析[J].电网技术,2013,37(3):590-596.CAIDefu,QIANBin,CHENJinfu,eta1.Analysisondynamicprobabilisticcharacteristicofpowergridconnectedwithelectricvehiclechargingloadandwindpower[J].PowerSystemTechnology,2013,37(3):590.596.[7]SORTOMMEE,H1NDIMM,MACPHERSONSDJ,eta1.Coordinatedchargingofplug-inhybridelectricvehicles.2O.电力系统保护与控制tominimizedistributionsystemlosses[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2011,2(11:198.205.[8]DEHOOGJ,ALPCANLBRAZILM,eta1.Optimalchargingofelectricvehiclestakingdistributionnetworkconstraintsintoaccount[J].IEEETransactionsonPowerSystems,20215,30(1):365.375.19]DEHOOGJ,MUENZEL、-JAYASURIYADC,eta1.Theimportanceofspatialdistributionwhenanalysingtheimpactofelectricvehiclesonvoltagestabilityindistributionnetworks[J].EnergySystems,2014,6(1):63_84.110]VELDMANE.VERZIJLBERGHRA.Distributiongridimpactsofsmartelectricvehiclechargingfromdifferentperspectives[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2015,6(1):333-342.[n]GRAYMK,MORSIWGPowerqualityassessmentindistributionsystemsembeddedwithplug-inhybridandbatteryelectricvehicles[J].IEEETransactionsonPower—Systems,2015,30(2):663671.[12]艾学勇,顾洁,解大,等.电动汽车日充电曲线预测方法[J].电力系统及其自动化学报,2013,25(6):25-30.AIXueyong,GUJie,XIEDa,eta1.Forcastingmethodforelectricvehicledailychargingcurve[J].Proceedings——oftheCSUEPSA,2013,25(6):2530.[13]戴诗容,雷霞,程道卫,等.电动汽车峰谷分时充放电电价研究【J】_电网与清洁能源,2013,29(7):77-82.DAIShirong,LEIXia,CHENGDaowei,eta1.StudyonelectricvehiclecharginganddischargingTOUprice[J].—PowerSystemandCleanEnergy,2013,29(7):7782.[14]张聪,许晓慧,孙海顺,等.基于自适应遗传算法的规模化电动汽车智能充电策略研究【J】.电力系统保护与控制,2014,42(14):19-24.[15][16][i73[i8]ZHANGCong,XUXiaohui,SUNHaishun,eta1.Smart—chargingstrategyoflargescaleelectricvehiclesbasedonadaptivegeneticalgorithm[J].PowerSystemProtectionandControl,2014,42(14):19-24.田立亭,史双龙,贾卓.电动汽车充电功率需求的统计学建模方法【J].电网技术,2010,34(11):126.130.TIANLiting,SHIShuanglong,JIAZhuo.Astatisticalmodelforchargingpowerdemandofelectricvehicles[J].PowerSystemTechnology,2010,34(11):126-130.罗卓伟,胡泽春,宋永华,等.电动汽车充电负荷计算方法[J].电力系统自动化,2011,35(14):36.42.LUOZhuowei,HUZechun,SONGYonghua,eta1.—Studyonpluginelectricvehicleschargingloadcalculating[J].AutomationofElectricPowerSystems,201l,35(14):36-42.GARCIA-VALLER.LOPESJAPElectricvehicleintegrationintomodempowernetworks[M].SpringerScience&BusinessMedia.2012.KERST1NGWH.Radialdistributiontestfeeders[C】//PowerEngineeringSocietyWinterMeeting,2001:IEEE,2001.2:908.912.—收稿日期:2015-0116作者简介:张祥丈(1980一),男,硕士,高工,动化以及新能源发电方向的研究工作;江星星(1988-),女,学士,助工,电技术研究及科研项目管理工作;主要从事变电站自主要从事新能源发王龙(1991一),男,本科,主要从事规模化电动汽车与电网交互机理方面的研究工作;E-mail:haishunsun@hust.edu.ca(编辑葛艳娜)
庸梦人
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档