本地化应急供电充电桩改造优化方法、系统及相关装置与流程

本发明属于应急供电，具体涉及一种本地化应急供电充电桩改造优化方法、系统及相关装置。

背景技术：

1、灾后建筑本地化应急供电恢复，需要对灾区现有供电设施进行全面评估，了解供电中断的严重程度、受损程度以及恢复难度，对建筑级电动汽车的充电桩双向充放电接口改造是实现本地化应急供电的一种可行手段。v2b(vehicle to building，电动汽车到办公楼宇)模式是将双向逆变式充放电技术应用于商业建筑楼宇，主要解决电网在用电高峰和低谷时的电力平衡问题。在v2b模式下，电动汽车相当于小型分布式发电站。

2、充电桩双向充放电接口改造规划需要评估灾区电动汽车充电桩的分布、类型、损坏情况及剩余容量，根据灾区居民、临时安置点、救援队伍等的用电需求，预测应急供电的总量和时段。同时，考虑到灾后重建过程中的长期供电需求，制定分阶段的应急供电恢复计划。

3、实施过程中通过对灾区现有充电桩进行现场勘查，了解其数量、分布、损坏情况及剩余容量。评估充电桩改造的可行性和经济性，制定详细的改造方案。还要对改造后的充电桩进行系统调试和测试，确保其具备双向充放电功能并稳定运行。以及进行应急供电模拟测试，验证充电桩在应急供电恢复中的实际效果。为了实现电能的高效利用和合理分配，提高应急供电恢复的效率，需要根据灾区实际用电需求和电网负荷情况，优化充电桩的充电策略。

4、近年来，随着电动汽车技术的不断成熟和成本的降低，建筑级电动汽车市场呈现出快速增长的趋势。建筑级电动汽车的分布受到多种因素的影响，包括经济发展水平、政策支持力度、基础设施建设等。同时，建筑级电动汽车的充电需求受到多种因素的影响，如车辆类型、电池容量、使用频率、充电时间等。这些因素导致电动汽车的充电需求具有较大的不确定性。特别是在建筑工地等复杂环境中，电动汽车的充电需求可能受到工程进度、车辆调度等多种因素的影响，进一步增加了负荷的不确定性。电动汽车用户的充电行为也具有一定的不确定性。例如，用户可能根据自己的用车需求、充电设施的可用性、充电价格等因素来选择充电时间和充电地点。这种不确定性可能导致充电负荷的波动和峰谷差异，对电网的稳定运行造成一定影响。建筑级电动汽车的充电负荷与电网负荷之间存在相互影响的关系。当大量电动汽车同时充电时，可能会导致电网负荷的急剧增加，甚至引发电网过载和停电等风险。因此在规划和管理建筑级电动汽车充电设施时，需要充分考虑电网负荷的承受能力，制定合理的充电策略和调度方案。例如，可以采用有序充电、错峰充电等方式来平衡电网负荷和充电需求之间的关系；同时，也可以利用储能系统等手段来平抑充电负荷的波动和峰谷差异。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种本地化应急供电充电桩改造优化方法、系统及相关装置，考虑建筑级电动汽车分布以及负荷的不确定性，计及灾害发生的频次估算，以及由于电动汽车状态切换带来的经济损失和操作成本，制定合理的充电桩改造优化方案。

2、为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

3、第一方面，提供一种本地化应急供电充电桩改造优化方法，包括：

4、考虑建筑级电动汽车分布以及负荷不确定性，计及灾害发生频次估算，确定灾害场景集；

5、结合建筑级电动汽车充放电状态转换带来的经济损失和操作成本定义操作复杂度指标；

6、将充电站的运维和改造费用、建筑级电动汽车的调度成本、负荷失电造成的经济成本损失以及操作复杂度指标的折算费用之和作为预先建立的充电桩改造优化模型的目标函数；

7、对充电桩改造优化模型进行线性化处理，并利用线性化处理之后的充电桩改造优化模型在灾害场景集下，考虑目标函数和约束条件进行求解，得到充电桩改造优化方案。

8、作为一种优选的方案，所述考虑建筑级电动汽车分布以及负荷不确定性，计及灾害发生频次估算，确定灾害场景集的步骤包括：根据历史统计数据，确定灾害发生时间限度与灾害发生次数，得出各次灾害发生的时间及频率；并根据预先建立的建筑级电动汽车分布模型确定灾害可用的建筑级电动汽车数量以及各建筑级电动汽车的电池荷电状态soc，根据预先建立的建筑典型日负荷分布模型确定灾害持续时间内的负荷需求；根据各建筑级电动汽车的电池荷电状态soc以及灾害持续时间内的负荷需求构建充电桩改造优化模型所需的灾害场景集。

9、作为一种优选的方案，在所述结合建筑级电动汽车充放电状态转换带来的经济损失和操作成本定义操作复杂度指标的步骤中，定义操作复杂度指标的表达式如下：

10、

11、式中，为第i台建筑级电动汽车t时刻的供电状态，为第i台建筑级电动汽车t-1时刻的供电状态，t为规划总周期；n(ts)表示场景s下可参与供电的车辆总数。

12、作为一种优选的方案，在所述将充电站的运维和改造费用、建筑级电动汽车的调度成本、负荷失电造成的经济成本损失以及操作复杂度指标的折算费用之和作为预先建立的充电桩改造优化模型的目标函数的步骤中，以f1表示充电站的运维和改造费用，以f2表示各场景下建筑级电动汽车的调度成本之和；以f3为各场景下负荷失电造成的经济成本损失之和，以f4表示操作复杂度指标的折算费用：

13、f＝min{f1+f2+f3+f4}

14、f1＝ccs·ncs

15、

16、

17、其中，ncs为整数决策变量，表示双向充放电桩建造的个数；为0-1变量，表示场景s车辆i在第t时间段期间参与供电的状态，0为未参与供电，1为参加供电；ccs为单个充电桩改造成本，cvc为每调度一次车费用；ps是场景s对应的概率；nv(ts)为场景s下可用的建筑级电动汽车总数，是场景s下的未供电的负荷；s为灾害供电场景集合；cload为单位电量折合的经济损失，ns为规划期内灾害发生的频率；δt为时间间隔；ccpl为操作复杂度指标折算系数；cpls为定义操作复杂度指标。

18、作为一种优选的方案，所述充电桩改造优化模型的约束条件包括：

19、建筑级电动汽车的传输功率总量不超过传输的功率上限，同时不低于建筑基础用电负荷的功率pbase，考虑单个场景下的约束，已知灾害在ts时刻发生，则对于单个场景s表达式如下：

20、

21、式中，pit为第i台建筑级电动汽车t时刻的供电功率，为建筑级电动汽车的总供电功率，为t时刻可允许的最大供电功率；

22、对于充电桩的建造个数为ncs，则能够传输的最大功率为：

23、

24、单个电动汽车在δt时间内的放电电量小于等于剩余电量：

25、

26、单个电动汽车剩余电量的约束为：

27、wit＝wit-1-δwit,

28、表示单个电动汽车在t时刻的放电功率不超过功率上限，表达式为：

29、

30、式中，pb(t)为t时刻建筑负荷，pcs为单个充电桩改造成本，ts为供电周期开始的时刻，n为灾害的持续时间，为场景s下t时刻第i台建筑级电动汽车的供电功率，为场景s下t时刻第i台建筑级电动汽车的剩余电量，wit为单个建筑级电动汽车在场景s下t时刻的剩余电量，wit-1为单个建筑级电动汽车在场景s下t-1时刻的剩余电量，δwit为单个建筑级电动汽车在场景s下t时刻消耗的剩余电量，pmax为单个建筑级电动汽车最大的放电功率。

31、作为一种优选的方案，在所述对充电桩改造优化模型进行线性化处理的步骤中，引入辅助二元变量加入如下约束条件：

32、

33、等价于

34、代入定义操作复杂度指标的表达式，则：

35、

36、线性化处理之后的充电桩改造优化模型为混合整数规划模型。

37、第二方面，提供一种本地化应急供电充电桩改造优化系统，包括：

38、灾害场景集建立模块，用于考虑建筑级电动汽车分布以及负荷不确定性，计及灾害发生频次估算，确定灾害场景集；

39、操作复杂度指标定义模块，用于结合建筑级电动汽车充放电状态转换带来的经济损失和操作成本定义操作复杂度指标；

40、充电桩改造优化模型目标函数确立模块，用于将充电站的运维和改造费用、建筑级电动汽车的调度成本、负荷失电造成的经济成本损失以及操作复杂度指标的折算费用之和作为预先建立的充电桩改造优化模型的目标函数；

41、充电桩改造优化模型求解模块，用于对充电桩改造优化模型进行线性化处理，并利用线性化处理之后的充电桩改造优化模型在灾害场景集下，考虑目标函数和约束条件进行求解，得到充电桩改造优化方案。

42、作为一种优选的方案，所述灾害场景集建立模块根据历史统计数据，确定灾害发生时间限度与灾害发生次数，得出各次灾害发生的时间及频率；并根据预先建立的建筑级电动汽车分布模型确定灾害可用的建筑级电动汽车数量以及各建筑级电动汽车的电池荷电状态soc，根据预先建立的建筑典型日负荷分布模型确定灾害持续时间内的负荷需求；根据各建筑级电动汽车的电池荷电状态soc以及灾害持续时间内的负荷需求构建充电桩改造优化模型所需的灾害场景集。

43、作为一种优选的方案，所述操作复杂度指标定义模块定义操作复杂度指标的表达式如下：

44、

45、式中，为第i台建筑级电动汽车t时刻的供电状态，为第i台建筑级电动汽车t-1时刻的供电状态，t为规划总周期；n(ts)表示场景s下可参与供电的车辆总数。

46、作为一种优选的方案，所述充电桩改造优化模型目标函数确立模块以f1表示充电站的运维和改造费用，以f2表示各场景下建筑级电动汽车的调度成本之和；以f3为各场景下负荷失电造成的经济成本损失之和，以f4表示操作复杂度指标的折算费用，则充电桩改造优化模型目标函数如下：

47、f＝min{f1+f2+f3+f4}

48、f1＝ccs·ncs

49、

50、其中，ncs为整数决策变量，表示双向充放电桩建造的个数；为0-1变量，表示场景s车辆i在第t时间段期间参与供电的状态，0为未参与供电，1为参加供电；ccs为单个充电桩改造成本，cvc为每调度一次车费用；ps是场景s对应的概率；nv(ts)为场景s下可用的建筑级电动汽车总数，是场景s下的未供电的负荷；s为灾害供电场景集合；cload为单位电量折合的经济损失，ns为规划期内灾害发生的频率；δt为时间间隔；ccpl为操作复杂度指标折算系数；cpls为定义操作复杂度指标。

51、作为一种优选的方案，所述充电桩改造优化模型求解模块考虑目标函数和约束条件对充电桩改造优化模型进行求解时，充电桩改造优化模型的约束条件包括：

52、建筑级电动汽车的传输功率总量不超过传输的功率上限，同时不低于建筑基础用电负荷的功率pbase，考虑单个场景下的约束，已知灾害在ts时刻发生，则对于单个场景s表达式如下：

53、

54、式中，pit为第i台建筑级电动汽车t时刻的供电功率，为建筑级电动汽车的总供电功率，为t时刻可允许的最大供电功率；

55、对于充电桩的建造个数为ncs，则能够传输的最大功率为：

56、

57、单个电动汽车在δt时间内的放电电量小于等于剩余电量：

58、

59、单个电动汽车剩余电量的约束为：

60、wit＝wit-1-δwit,

61、表示单个电动汽车在t时刻的放电功率不超过功率上限，表达式为：

62、

63、式中，pb(t)为t时刻建筑负荷，pcs为单个充电桩改造成本，ts为供电周期开始的时刻，n为灾害的持续时间，为场景s下t时刻第i台建筑级电动汽车的供电功率，为场景s下t时刻第i台建筑级电动汽车的剩余电量，wit为单个建筑级电动汽车在场景s下t时刻的剩余电量，wit-1为单个建筑级电动汽车在场景s下t-1时刻的剩余电量，δwit为单个建筑级电动汽车在场景s下t时刻消耗的剩余电量，pmax为单个建筑级电动汽车最大的放电功率。

64、作为一种优选的方案，所述充电桩改造优化模型求解模块对充电桩改造优化模型进行线性化处理时，引入辅助二元变量加入如下约束条件：

65、

66、等价于

67、代入定义操作复杂度指标的表达式，则：

68、

69、线性化处理之后的充电桩改造优化模型为混合整数规划模型。

70、第三方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现所述的本地化应急供电充电桩改造优化方法。

71、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述的本地化应急供电充电桩改造优化方法。

72、相较于现有技术，本发明的第一方面至少具有如下的有益效果：

73、本发明提出了面向灾后建筑本地化应急供电恢复的充电桩双向充放电接口改造规划方法，在充电桩改造优化方案设计过程中，考虑了建筑级电动汽车分布以及负荷的不确定性，计及灾害发生的频次估算，生成了优化所用的灾害场景集。考虑了由于电动汽车状态切换带来的经济损失和操作成本，基于此，提出了操作复杂度指标的定义。同时，以最小化经济成本为目标，建立了两阶段的充电桩改造优化模型。本发明本地化应急供电充电桩改造优化方法面向于未来建筑级电动汽车的应用场景，具有很强的技术前瞻性，此外，考虑了灾害的不确定性以及建筑级电动汽车分布的不确定性，建模考虑因素较为充分。本发明能够为未来电动汽车用于建筑级本地化应急供电恢复研究提供理论支持，从而提高电力系统的韧性。

74、可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。