计及电动汽车充电设施的配电系统规划方法研究

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目前,电动汽车凭借绿色低碳、节能高效的优点在全球范围内引起了广泛关注,而其商业化和产业化的发展离不开充电设施的配套建设。电动汽车充电设施不仅是一种城市交通配套服务设施,同时还作为新型用电负荷给配电系统的运行和控制带来了全新的挑战。只有将电动汽车充电设施纳入配电系统的规划体系,统筹考虑电动汽车用户的出行需求与便利程度以及配电系统的现状特性与发展趋势,建立协调规划、共同发展的机制,才能有效推动电动汽车产业以及城市配电系统的健康快速发展。因此,本文分别以电动汽车换电站和电动汽车充电站作为切入点,从当前现实和未来发展两个层面展开了计及电动汽车充电设施的配电系统规划研究。考虑到换电模式下电动汽车换电站的充放电操作具有高度可调度性,使其对于现有配电系统中随机性大、波动性强的分布式电源而言具有平抑波动的天然储能特性,因此本文于当前现实层面提出了统筹考虑电动汽车换电站与分布式电源的配电系统多场景协调规划方法。首先利用同步回代消除法构建了分布式电源出力的季节性多场景模型;然后在多场景模型下以系统综合净负荷波动最小为原则确定了电动汽车换电站的有序充电策略;并给出了满足电动汽车换电需求约束和备用电池存在性约束的备用电池调度方案和最少备用电池计算方法;最后以系统建设运行成本、电池购置成本、综合净负荷波动成本以及网络损耗成本之和最小为目标,建立了基于有序充电策略的换电站及分布式电源多场景协调规划模型。并针对IEEE 33节点系统,利用生物地理优化算法进行了多场景规划仿真分析,验证了所提出的最少备用电池计算方法能充分考虑换电站内备用电池的循环利用,在维持有序充电策略周转的前提下有效缓解电池储备压力,大幅降低换电站投资成本,同时所提出的规划方法可平抑配电系统的综合净负荷波动,起到削峰填谷的作用,大幅降低网络能量损耗,显著提高风光电源的可规划容量,对于含有电动汽车换电站与分布式电源的配电系统的规划建设具有一定的指导作用。考虑到充电模式下电动汽车快充站的充电需求始终在交通网络中流动,使其在未来以电力为主体并融合天然气、热能和交通等多种能源形式的综合能源配电系统中将成为连接电力网与交通网的重要纽带,因此本文于未来发展层面提出了计及电动汽车充电站的综合能源配电系统规划方法。首先利用能源集线器模型刻画了包含电动汽车充电站、热电联产和电转气等装置的终端综合能源单元,并且提出了面向供给侧改革的综合能源供给转换响应策略,从而在兼顾系统建设运行成本、慢充站充电时间效用函数和快充站交通流量效用函数的前提下,提出了充分考虑系统建设运行经济性和电动汽车充电时空双向满意度的电-气-交三网耦合下的综合能源配电系统统筹规划模型。并针对一个由IEEE 14节点配电网络、20节点天然气网络和25节点交通网络耦合而成的综合能源配电系统进行了仿真分析,验证了该规划方法所采用的充电站双重效用函数可分别保障电动汽车用户的充电时间满意度和充电地点便捷度,所利用的供给转换响应策略能通过调整能源供给结构与转换模式实现在不影响用户需求的前提下降低供能成本、优化运行特性的目的,同时所提出的基于终端综合能源单元的规划格局可利用电力网、天然气网和交通网间的横向多能互补与纵向源-网-荷协调来实现电能、天然气、热能和交通动能等多元能源形式的统一协调规划,有利于提高综合能源配电系统建设运行的综合效益。
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