一种计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法与流程

本发明涉及一种用于电力系统脆弱性评估领域的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法。

背景技术：

1、动力电池及其充电技术、电力电子技术的发展，极大促进了电动汽车的普及，提高了电动汽车的市场渗透率。电动汽车在道路交通中的占比提高，交通的能源电气化使其与电力系统显著耦合。对系统中的脆弱环节进行保护能够有效降低因耦合系统中的设施设备故障或失效导致电网停电的概率。因此电动汽车并入电网成为影响电力系统脆弱性评估的重要考虑因素。

2、为保证电动汽车并入电网后电力系统的稳定运行，需要识别关键的心啊路，预先采取保护措施，提高系统应对突发事件的能力。因此，对网络进行脆弱性评估具有重要的意义。目前已有的基于最大流的电力系统脆弱性评估方法以单一电力系统为研究对象，未考虑电动汽车并入电网的情况，可能导致脆弱性的识别存在电动汽车并入前后有较大误差，从而失去参考意义。因此，需要考虑贴近现实情况的情景来识别系统中的关键部位。

3、考虑到基于最大流的混合方法综合考虑了电力系统的电力流和拓扑，利用了纯电力流和纯拓扑法的共同优势，该理论基于网络流定义了一个中心性指数，并对通过网络的可行流进行了重要研究，较好地模拟了电动汽车并入电网的现实情况，对关键线路识别具有重要的实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，该方法根据线路功率对电力系统进行建模，以网络最大流理论为基础，对耦合交通网络的电力系统脆弱性指标进行计算，并模拟充电站失效后，充电需求重新分配，电力系统脆弱性指标所受影响，实现对关键线路的准确识别，有助于提前采取有效措施，提高电动汽车并网安全。

2、实现上述目的的一种技术方案是：一种计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，包括如下步骤：

3、s1，给定交通网络tn的基本参数：每条道路的容量ca和道路初始旅行时间道路起讫点集合o-d对数据和o-d间的道路总流量qrs，即出行需求；

4、s2，基于bpr函数，计算道路a上的旅行时间ta；

5、s3，基于用户均衡原则，对交通网络的流量进行流量分配tap优化，得到ue模型；

6、s4，基于ue模型，计算充电站fcs的充电需求de，作为负载接入电网；

7、s5，计算电力系统线路功率，建立电力系统模型；基于线路功率流和网络最大流理论，计算电动汽车并入电网前后电力系统中各线路的中心性指数，根据指数对线路进行排序，识别出关键线路；

8、s6,充电站失效，对该充电站的充电需求进行重分配，计算此情境下系统各线路的中心性指数并对线路进行排序，识别关键线路；

9、s7，基于线路排序，对电力系统进行随机攻击和蓄意攻击，分别计算两种攻击模式下，系统线路的剩余容量。

10、进一步的，s2中，通过bpr函数计算ta，其计算公式如下：

11、

12、其中，t(a)为道路集合，xa为道路a上的流量，由以下公式表示：

13、

14、其中k为路径，k∈krs，为路径k上的流量，的定义为：如果道路a为路径k的一部分，则否则，

15、进一步的，s3中，tap优化的目标函数及约束条件如下：

16、

17、

18、

19、其中，为流量守恒条件。

20、进一步的，s4中，考虑到流量的双向流动，fcs的充电需求de，其计算公式如下：

21、

22、其中，dei为充电站i的充电需求，fij为节点间的交通流量，j是i的相邻节点，σ为充电站的选择率，μ为每辆车的充电量，vt为交通网络的节点集合。

23、进一步的，s5中，线路eij的功率，其计算公式如下：

24、

25、其中，δi和δj分别为节点i和节点j处的电压相角，zij为节点i和节点j之间线路的阻抗。

26、线路eij中心性指数cij，其计算公式如下：

27、

28、其中，u为网络的源，v为网络的汇，m为源的数量，n为汇的数量；

29、将cij进行归一化处理，即将其除以总的最大流量，其计算公式如下：

30、

31、其中，为源到汇的最大功率流。

32、进一步的，s5中，求解最大流，采用最大流-最小割定理。

33、进一步的，s6中，对失效充电站的充电需求进行重新分配，计算公式如下：

34、

35、其中，j为i的相邻充电站，rij的计算公式如下：

36、

37、其中，为交通网络拉普拉斯矩阵lt＝dt-wt的moore-penrose伪逆阵，dt为交通网络的度矩阵，wt为交通网络的权重矩阵，ei和ej为基向量，和分别为矩阵中的元素。

38、进一步的，s7中，网络剩余容量计算公式如下：

39、cf＝c(u,v)-f(u,v)

40、其中，c(u,v)为u-v的容量，f(u,v)为u-v的流量。

41、本发明具有以下有益效果：本发明通过线路功率对电力系统建模，直观反映电动汽车并入电网后，电力系统所受影响；基于最大流理论，采用中心性指数作为评估耦合电动汽车交通网的电力系统脆弱性评估指标，对充电站失效，充电需求重分配后的电力系统进行脆弱性评估，并模拟线路在不同模式的攻击下失效对电力系统的影响。基于此，本发明能够对充电站失效前后充电需求重分配情境下，计及电力系统脆弱性对电动汽车并网安全进行评估，实现关键线路的识别，有助于对线路制定针对性保护策略，保证电力系统安全稳定运行。

技术特征：

1.一种计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s2中，通过bpr函数计算ta，其计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s3中，tap优化的目标函数及约束条件如下：

4.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s4中，考虑到流量的双向流动，fcs的充电需求de，其计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s5中，线路eij的功率，其计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s5中，求解最大流，采用最大流-最小割定理。

7.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s6中，对失效充电站的充电需求进行重新分配，计算公式如下：

8.根据权利要求1所述的计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，其特征在于，s7中，网络剩余容量计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估方法，包括：S1给定交通网络基本参数；S2基于BPR函数计算道路上的旅行时间；S3对交通网络的流量进行流量分配优化得到UE模型；S4，基于UE模型计算充电站的充电需求；S5，计算电力系统线路功率，建立电力系统模型；计算电动汽车并入电网前后各线路中心性指数，识别关键网络；S6,充电站失效后，对该充电站的充电需求进行重分配，计算此情境下各线路的中心性指数，识别关键线路；S7，基于线路排序，对电力系统进行随机攻击和蓄意攻击，分别计算两种攻击模式下，系统线路的剩余容量。本发明实现了对关键线路的准确识别，实现计及电力系统脆弱性的电动汽车并网安全评估，提高电动汽车并网安全。

技术研发人员：窦真兰,陈良亮,张春雁,马彦华,何雪枫,张伟,叶建德,王可,盛立健,陆剑洲
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14