基于虛擬分區(qū)的電動汽車優(yōu)化調(diào)度研究

楊思斯

摘 要：針對大規(guī)模電動汽車接入配電網(wǎng)的特點，提出基于虛擬分區(qū)和雙層規(guī)劃的電動汽車優(yōu)化調(diào)度的方法。根據(jù)接入配電網(wǎng)的電動汽車的特點，制定分區(qū)指標，然后以配電網(wǎng)總負荷水平方差最小為上層規(guī)劃目標函數(shù)，系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)所制定的調(diào)度計劃與各代理商實際調(diào)度情況偏差最小為下層規(guī)劃目標函數(shù)，建立基于虛擬分區(qū)的電動汽車調(diào)度的雙層規(guī)劃模型。用基于極端學(xué)習(xí)機的改進遺傳算法和分支定界算法分別求解上、下層模型，仿真結(jié)果表明，獲得的電動汽車雙層調(diào)度方案對配電網(wǎng)負荷曲線峰谷差具有明顯調(diào)整作用。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 雙層規(guī)劃 電動汽車 虛擬分區(qū)

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-03

隨著能源危機和環(huán)境壓力日益增大，在有限資源和環(huán)境要求制約的前提下，以電力作為驅(qū)動的電動汽車有著緩解當前緊缺能源的優(yōu)勢，因此，電動汽車接入配電網(wǎng)已成為必然趨勢。但是大規(guī)模的電動汽車接入配電網(wǎng)，帶來的是諸多不確定性和隨機性，對配電網(wǎng)運行勢必產(chǎn)生影響。目前，國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車接入配電網(wǎng)對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響進行了不少研究，取得了許多理論和實踐方面的成果。文獻[1]從配電網(wǎng)網(wǎng)損、電壓質(zhì)量和供電可靠性3方面來探討電動汽車接入對配電網(wǎng)的影響。文獻[2]得出規(guī)模化電動汽車充電負荷的接入會使電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟性、電能質(zhì)量等各方面產(chǎn)生一些變化。通過算例評價結(jié)果得出知電動汽車的滲透率對配電變壓器的電動汽車充電能力產(chǎn)生嚴重影響。

綜上所述，配電網(wǎng)中，電動汽車充放電主要有大規(guī)模、隨機和不確定性的特點，其對配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有消極影響。應(yīng)對大規(guī)模的電動汽車接入，協(xié)調(diào)控制電動汽車無序的充放電行為，建立電動汽車優(yōu)化調(diào)度模型，加大配電網(wǎng)對于電動汽車的管理能力，提升配電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電可靠性已成為目前含電動汽車的配電網(wǎng)研究的熱點。因此有必要對含大量電動汽車接入配電網(wǎng)系統(tǒng)進行調(diào)度規(guī)劃。

1 電動汽車虛擬分區(qū)

配電網(wǎng)中，家用電動汽車日益增多，電動汽車的規(guī)模進一步加大，考慮到帶寬限制和對通信可靠性的要求，同時對大規(guī)模的接入配電網(wǎng)的電動汽車進行集中調(diào)度不容易實現(xiàn)，因此，傳統(tǒng)的集中調(diào)度方式并不可行。而同時由于暫時并沒有激勵電價、充放電時間約束等政策，電動汽車的充放電時間、地點具有不確定性和隨機性，因此不能嚴格按照電動汽車所有者所在行政區(qū)域或具體某一時刻分區(qū)進行調(diào)度。根據(jù)每臺電動汽車充放電規(guī)律特點，按照一定的規(guī)則和方法，將配電網(wǎng)中將屬性相近的一些電動汽車以類為單位進行歸類，組合成一個可調(diào)度的分區(qū)，這就是“虛擬分區(qū)”。該文探討分區(qū)原則和指標，得到電動汽車虛擬分區(qū)，以虛擬分區(qū)為單位進行規(guī)劃調(diào)度的方法。分區(qū)主要原則和步驟如下。

1.1 虛擬分區(qū)原則和假設(shè)

靠近同一母線和具有相同屬性的電動汽車分在同一區(qū)對于配電網(wǎng)的調(diào)度機構(gòu)來說更容易實現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度。因此，考慮到電動汽車之間的空間距離是用電動汽車的位置來反映，可調(diào)度容量反映了電動汽車的被調(diào)度的能力，因此，選用可調(diào)度容量和位置作為分區(qū)指標來實現(xiàn)電動汽車的虛擬分區(qū)。同時假設(shè)已有各項周全的激勵機制和懲罰機制，就可以保證用戶及時上報可調(diào)度容量和位置至調(diào)度，從而調(diào)度機構(gòu)對電動汽車進行有效控制。

1.2 虛擬分區(qū)劃分方法

基于以上提出的虛擬分區(qū)的原則，該文提出基于尺度空間層次聚類算法對電動汽車進行虛擬分區(qū)。根據(jù)基于尺度空間層次聚類算法的原理，首先設(shè)定較小初始尺度σ0，初始尺度要求至少能夠使每一輛電動汽車分為一個區(qū)，并將該電動汽車設(shè)為虛擬分區(qū)中心，迭代次數(shù)i=1。然后增大尺度，增大分區(qū)尺度σi-1，兩個距離最近由電動汽車組成的小分區(qū)又融合成一個大新的分區(qū)，然后計算新的虛擬分區(qū)的中心，只要分區(qū)個數(shù)不等于1時，繼續(xù)增大分區(qū)尺度，且令σi=kσi-1、i=i+1，直到空間中所有分區(qū)聚成一類。給出虛擬分區(qū)中電動汽車最少數(shù)量和最小分區(qū)的可調(diào)度容量的界限值兩個前提，從而得到調(diào)度區(qū)域最優(yōu)虛擬分區(qū)數(shù)目。進而得到每個調(diào)度區(qū)域的虛擬分區(qū)個數(shù)，同時給每個分區(qū)分配一個代理商，以便于電動汽車充放電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度。

2 基于電動汽車虛擬分區(qū)的雙層優(yōu)化調(diào)度模型原理

根據(jù)前面提到的分區(qū)算法將系統(tǒng)中參與配電網(wǎng)調(diào)度的電動汽車進行虛擬分區(qū)，然后根據(jù)虛擬分區(qū)結(jié)果，該文建立電動汽車雙層調(diào)度模型，上層優(yōu)化調(diào)度目的是平抑負荷曲線峰谷差，是配電網(wǎng)的調(diào)度機構(gòu)對各個虛擬分區(qū)（代理商）制定的調(diào)度計劃，上層模型是指以配電網(wǎng)總負荷水平方差最小為目標函數(shù)，用于實現(xiàn)削峰填谷。下層優(yōu)化調(diào)度目的是為了實現(xiàn)第一層的調(diào)度策略，是各個虛擬分區(qū)（代理商）根據(jù)第一層的調(diào)度計劃制定各種的調(diào)度策略通過對電動汽車的充放電控制，以代理商的調(diào)度結(jié)果與調(diào)度機構(gòu)所給定的調(diào)度計劃實際出力的偏差最小，以實現(xiàn)對第一層的調(diào)度策略。該文建立的雙層調(diào)度模型中，上層模型是非線性優(yōu)化問題，擬采用基于極端學(xué)習(xí)機的改進遺傳算法求解；下層模型是大規(guī)模整數(shù)問題，采用經(jīng)典的分支定界法求解。求解步驟如圖1所示。

3 算例分析

假設(shè)某配電線路有1個電源節(jié)點，78條支路，其中37個含有電動汽車的負荷節(jié)點，如圖2所示。線路配變總?cè)萘?5000kVA，仿真電動汽車充放電對負荷曲線的影響。假設(shè)系統(tǒng)中有100萬輛電動汽車向調(diào)度上報可調(diào)度容量和充放電位置信息。按照前面所說的算法首先對100輛電動汽車進行虛擬分區(qū)，根據(jù)它們上報的虛擬分區(qū)指標，設(shè)σ0=0.026，k=1.038，得到了最優(yōu)分區(qū)8個，從而分配8個代理商。

虛擬分區(qū)以后按照上文提出的基于電動汽車虛擬分區(qū)的雙層優(yōu)化調(diào)度模型，求解上下層模型，得到參與調(diào)度后受電動汽車影響的一天內(nèi)的日負荷曲線，將其與無電動汽車影響日負荷曲線和未調(diào)度前100萬輛電動汽車對負荷曲線的影響比較，如圖3所示。

由圖3可知，100萬輛規(guī)模的電動汽車充放電通過雙層優(yōu)化調(diào)度以后，日負荷曲線峰谷差明顯縮小，因此得出結(jié)論，該文所提出的電動汽車雙層優(yōu)化調(diào)度策略具有調(diào)整負荷曲線峰谷差的作用。

參考文獻

[1] 謝冬冬，劉鑫，潘雪晴.大規(guī)模電動汽車接入對配電網(wǎng)的影響探討[J].技術(shù)與市場，2018，25（10）：98-99.

[2] 王海亮，駱子瀠，代璐，等.電動汽車對居民小區(qū)配電網(wǎng)的影響及接納能力的評估[J].通信電源技術(shù)，2018，35（9）： 203-205.

[3] 陸春良，黃靜，吳華華，等.基于虛擬分區(qū)的電網(wǎng)平衡機制研究[J].電氣時代，2018（3）：63-66.

[4] 熊腡成.基于多尺度空間層次聚類的電動汽車充放電優(yōu)化調(diào)度[D].長沙理工大學(xué)，2013.