一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法与流程

本发明属于电力电子化电力系统功率调控，涉及一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法。

背景技术：

1、随着传统能源逐渐枯竭和环境污染等问题日益严重，电动汽车已成为汽车产业发展的热点之一。然而，大量电动汽车的接入会给配网带来很大的影响，特别是产生随机性的负载将使得低压配电网的动态功率不平衡问题更加突出。当大量电动汽车同时充电时可能超出传统配网的设计预期，配电变压器需要增加比平时更多的额外功率。若更换容量更大的配电变压器，可能仍难以满足要求，且增加不必要的投资。

2、目前，国内针对电动汽车接入对配网的影响已展开了大量研究，主要集中于网损分析、电能质量分析、分布式新能源和电动汽车组成的新型智能配电网协调运行与控制、电动汽车负荷建模以及充电桩的优化布置等方面。但对于电动汽车接入配电网带来的负载冲击及功率不平衡问题的解决方法及策略鲜有论及。电动汽车的充电行为可以看成是一种随机且分散的负载，这与常规负载有较大差异。电动汽车的负载特性受电动汽车充电总体数量、用户使用特性、充电设施的分布等影响。

3、本发明根据现有配网结构上建立配电网动态功率平衡系统结构，采用三相电压型脉冲宽度调制变流器通过直流线路联络配网中的各配电变压器以实现负载的合理分配和降低电动汽车负载的冲击，无需增加大量的实时监测点，具有安全和经济的特点，可在一定程度上提高配网的供电质量和系统运行的可靠性。本方法有效解决了目前电动汽车接入配电网产生的随机性负载加剧配电网的功率不平衡以及短期内重新规划布局不具有可行性的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明为了解决目前电动汽车接入配电网产生的随机性负载加剧配电网的功率不平衡以及短期内重新规划布局不具有可行性的问题，提供一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法，能够较好的解决电动汽车接入的配电网动态功率不平衡和配电变压器过载等问题，具有结构简单、易于实现、运行维护容易等优点。本方法可以在现有配电网结构和配置的基础上进行适当调整就能够有效应实现电动汽车充电桩接入配电网带来的冲击，这相对于大规模改造电网具有非常可观的经济性，为解决电动汽车接入配电网后的系列问题提供借鉴。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法，包括如下步骤：

4、s100：获取区域配电网络拓扑、馈线线路数目、馈线变电站变压器等参数，根据历史统计数据，通过实测数据和蒙特卡洛模拟分析方法明确该区域电网接入的电动汽车充电行为下的负载曲线；

5、s200：现有配网结构上建立配电网动态功率平衡系统结构，采用三相电压型脉冲宽度调制变流器通过直流线路联络配网中的各配电变压器以实现负载的合理分配和降低电动汽车负载的冲击，同时明确平衡系统采用正常运行、故障高风险运行两种工作状态模式；

6、s300：建立配电网动态功率平衡系统两种控制策略，功率解耦外环电流内环控制和电压电流双闭环控制，配网动态功率平衡系统通常采用功率解耦控制方法对三相电压型变流器的输出功率进行直接控制，同时为了避免变流器输出功率不确定性造成直流侧电压的不稳定，至少保留一台变流器采用电流电压双闭环控制方法，给出两者切换条件；

7、s400：监测每台配电变压器及对应变流器输出的有功功率，设定配电网动态功率平衡系统运行策略的控制目标，给出配电网动态功率平衡系统中各变流器的有功功率控制指令参考值计算式；

8、s500：向配电网动态功率平衡系统的变流器发送控制指令，实现电动汽车接入的区域电网功率的自适应调整。

9、进一步的，步骤s100中获取区域配电网络拓扑、馈线线路数目、馈线变电站变压器等参数，根据历史统计数据，通过实测数据和蒙特卡洛模拟分析方法明确该区域电网接入的电动汽车充电行为下的负载曲线，具体采用蒙特卡洛模拟分析法求出24小时内电动汽车充电站接入的负载比例接近正态分布，其拟合概率密度函数如下：

10、

11、式(1)中，px为电动汽车充电站节点x的有功功率，sev是整个目标对象区域电网所包含的电动汽车充电节点集合；α1、α2、α3、β1、β2、β3分别为拟合概率密度函数的分布系数，具体由样本数据拟合确定；f(t)为拟合后确定的概率密度函数；px(t)为24小时段内配网电动汽车充电负载变化曲线。

12、进一步的，步骤s200中现有配网结构上建立配电网动态功率平衡系统结构，采用三相电压型脉冲宽度调制变流器通过直流线路联络配网中的各配电变压器以实现负载的合理分配和降低电动汽车负载的冲击，n台配电变压器对应n台电压型变流器；变流器通过控制向交流侧电网输出的有功和无功功率参考值对含电动汽车接入的配电网功率供需进行动态调节；配网动态功率平衡系统包括两种工作状态模式：①在正常运行情况下，变流器与配电变压器低压侧母线连接处于长期工作状态；当某用户小区存在大容量电动汽车充电时，对应的供电配电变压器可能处于过载运行，变流器自动调节输出的有功功率，缓解变压器供电容量的不足；当某配电变压器处于轻负载运行时，对应的变流器调节输出的有功功率为负值，将多余的有功功率通过变流器输送至其余用户小区，实现动态功率平衡，避免配电变压器处于轻或重负载运行；②当用户小区发生故障时，流过对应的配电变压器电流将急剧升高，为避免损坏变流器和增加配网的短路容量，断开联络开关同时对应的变流器处于闭锁状态；当配网发生严重故障时，应将功率平衡系统退出即全部断开联络开关。

13、进一步的，步骤s300中建立配电网动态功率平衡系统两种控制策略，功率解耦外环电流内环控制和电压电流双闭环控制，配网动态功率平衡系统通常采用功率解耦控制方法对三相电压型变流器的输出功率进行直接控制，变流器功率解耦外环电流内环控制方程为：

14、

15、

16、式(2)和(3)中，上标*的参数表示控制的参考值；kgp、kgi分别为电流内环控制器的比例积分系数，vd*、vq*分别为变流器交流侧电压d、q轴分量参考值；id*、iq*分别为变流器电流d、q轴分量参考值；ud-ωliq及uq+ωlid为引入的前馈补偿项；klp、kli分别为功率外环控制器的比例积分系数；p*、q*分别为变流器有功功率和无功功率参考值；可以根据不同目标设定功率参考值，通过功率外环控制器确定电流内环控制器的电流参考值；同时为了避免变流器输出功率不确定性造成直流侧电压的不稳定，至少保留一台变流器采用电流电压双闭环控制方法，变流器电压外环控制器的控制方程为：

17、id*＝kvp(udc*-udc)+kvi∫(udc*-udc)dt                (4)

18、式(4)中，kvp、kvi分别为电压外环控制器的比例积分系数，udc*为直流侧电压参考值；确定两者控制策略的切换条件：即如果配网动态功率平衡系统中用于稳定直流侧电压的变流器由于故障或其他原因而退出运行时，则应在剩余的变流器中选定容量最小的变流器作为备用的稳定直流侧电压变流器，将该变流器的控制策略由功率解耦外环电流内环控制切换到电压电流双闭环控制。

19、进一步的，步骤s400中监测每台配电变压器及对应变流器输出的有功功率，设定配电网动态功率平衡系统运行策略的控制目标，给出配电网动态功率平衡系统中各变流器的有功功率控制指令参考值计算式，具体如下：

20、

21、

22、式(5)和式(6)中，分别代表配网动态功率平衡系统第i台变流器的有功功率和无功功率控制指令参考值，稳态运行情况下，变流器输出无功功率参考值为0，以实现单位功率运行，因此重点讨论有功功率参考值的设置；pgmax·i为第i台变流器最大允许输出功率；si为台区第i台配电变压器的容量；so为整个研究对象区域电网包含的n台配电变压器的总容量；pgi表示第i台变流器向交流侧电网输出的有功功率；pei表示第i台配电变压器向用户输出的有功功率；总体上变流器的有功功率控制呈分段函数控制模式。

23、进一步的，步骤s500中结合实际区域电网情况，根据上述控制指令参考值计算式得到结果，将结果向配电网动态功率平衡系统的变流器发送，实现电动汽车接入的区域电网功率的自适应调整；本方法可以在现有配电网结构和配置的基础上进行适当调整就能够有效应实现电动汽车充电桩接入配电网带来的冲击。

24、本发明的有益效果在于：

25、1、本发明所公开的一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法，可以实现配电变压器负载的合理分配，避免变压器容量不足，提高供电可靠性；降低电动汽车接入配电网产生的大幅波动对单个配电变压器运行的影响，提高供电质量等功能；有效解决了目前电动汽车接入配电网产生的随机性负载加剧配电网的功率不平衡以及短期内重新规划布局不具有可行性的问题，可以为解决电动汽车接入配电网后的系列问题提供借鉴。

26、2、本发明所公开的一种考虑电动汽车接入区域电网的动态功率平衡方法，在现有配电网结构和配置的基础上进行适当调整就能够有效应实现，整体参数设定架构简单快速，利用的基础数据在工程现场中易于获得，计算量小，运行维护容易，是传统动态功率平衡技术的有效补充。

27、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。