基于虚拟分区的电动汽车优化调度研究

杨思斯

摘 要：针对大规模电动汽车接入配电网的特点，提出基于虚拟分区和双层规划的电动汽车优化调度的方法。根据接入配电网的电动汽车的特点，制定分区指标，然后以配电网总负荷水平方差最小为上层规划目标函数，系统调度机构所制定的调度计划与各代理商实际调度情况偏差最小为下层规划目标函数，建立基于虚拟分区的电动汽车调度的双层规划模型。用基于极端学习机的改进遗传算法和分支定界算法分别求解上、下层模型，仿真结果表明，获得的电动汽车双层调度方案对配电网负荷曲线峰谷差具有明显调整作用。

关键词：配电网 双层规划 电动汽车 虚拟分区

中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-03

随着能源危机和环境压力日益增大，在有限资源和环境要求制约的前提下，以电力作为驱动的电动汽车有着缓解当前紧缺能源的优势，因此，电动汽车接入配电网已成为必然趋势。但是大规模的电动汽车接入配电网，带来的是诸多不确定性和随机性，对配电网运行势必产生影响。目前，国内外学者对电动汽车接入配电网对配电网产生的影响进行了不少研究，取得了许多理论和实践方面的成果。文献[1]从配电网网损、电压质量和供电可靠性3方面来探讨电动汽车接入对配电网的影响。文献[2]得出规模化电动汽车充电负荷的接入会使电网的安全性、经济性、电能质量等各方面产生一些变化。通过算例评价结果得出知电动汽车的渗透率对配电变压器的电动汽车充电能力产生严重影响。

综上所述，配电网中，电动汽车充放电主要有大规模、随机和不确定性的特点，其对配电网安全稳定运行有消极影响。应对大规模的电动汽车接入，协调控制电动汽车无序的充放电行为，建立电动汽车优化调度模型，加大配电网对于电动汽车的管理能力，提升配电网电能质量和供电可靠性已成为目前含电动汽车的配电网研究的热点。因此有必要对含大量电动汽车接入配电网系统进行调度规划。

1 电动汽车虚拟分区

配电网中，家用电动汽车日益增多，电动汽车的规模进一步加大，考虑到带宽限制和对通信可靠性的要求，同时对大规模的接入配电网的电动汽车进行集中调度不容易实现，因此，传统的集中调度方式并不可行。而同时由于暂时并没有激励电价、充放电时间约束等政策，电动汽车的充放电时间、地点具有不确定性和随机性，因此不能严格按照电动汽车所有者所在行政区域或具体某一时刻分区进行调度。根据每台电动汽车充放电规律特点，按照一定的规则和方法，将配电网中将属性相近的一些电动汽车以类为单位进行归类，组合成一个可调度的分区，这就是“虚拟分区”。该文探讨分区原则和指标，得到电动汽车虚拟分区，以虚拟分区为单位进行规划调度的方法。分区主要原则和步骤如下。

1.1 虚拟分区原则和假设

靠近同一母线和具有相同属性的电动汽车分在同一区对于配电网的调度机构来说更容易实现最优调度。因此，考虑到电动汽车之间的空间距离是用电动汽车的位置来反映，可调度容量反映了电动汽车的被调度的能力，因此，选用可调度容量和位置作为分区指标来实现电动汽车的虚拟分区。同时假设已有各项周全的激励机制和惩罚机制，就可以保证用户及时上报可调度容量和位置至调度，从而调度机构对电动汽车进行有效控制。

1.2 虚拟分区划分方法

基于以上提出的虛拟分区的原则，该文提出基于尺度空间层次聚类算法对电动汽车进行虚拟分区。根据基于尺度空间层次聚类算法的原理，首先设定较小初始尺度σ0，初始尺度要求至少能够使每一辆电动汽车分为一个区，并将该电动汽车设为虚拟分区中心，迭代次数i=1。然后增大尺度，增大分区尺度σi-1，两个距离最近由电动汽车组成的小分区又融合成一个大新的分区，然后计算新的虚拟分区的中心，只要分区个数不等于1时，继续增大分区尺度，且令σi=kσi-1、i=i+1，直到空间中所有分区聚成一类。给出虚拟分区中电动汽车最少数量和最小分区的可调度容量的界限值两个前提，从而得到调度区域最优虚拟分区数目。进而得到每个调度区域的虚拟分区个数，同时给每个分区分配一个代理商，以便于电动汽车充放电的统一协调调度。

2 基于电动汽车虚拟分区的双层优化调度模型原理

根据前面提到的分区算法将系统中参与配电网调度的电动汽车进行虚拟分区，然后根据虚拟分区结果，该文建立电动汽车双层调度模型，上层优化调度目的是平抑负荷曲线峰谷差，是配电网的调度机构对各个虚拟分区（代理商）制定的调度计划，上层模型是指以配电网总负荷水平方差最小为目标函数，用于实现削峰填谷。下层优化调度目的是为了实现第一层的调度策略，是各个虚拟分区（代理商）根据第一层的调度计划制定各种的调度策略通过对电动汽车的充放电控制，以代理商的调度结果与调度机构所给定的调度计划实际出力的偏差最小，以实现对第一层的调度策略。该文建立的双层调度模型中，上层模型是非线性优化问题，拟采用基于极端学习机的改进遗传算法求解；下层模型是大规模整数问题，采用经典的分支定界法求解。求解步骤如图1所示。

3 算例分析

假设某配电线路有1个电源节点，78条支路，其中37个含有电动汽车的负荷节点，如图2所示。线路配变总容量15000kVA，仿真电动汽车充放电对负荷曲线的影响。假设系统中有100万辆电动汽车向调度上报可调度容量和充放电位置信息。按照前面所说的算法首先对100辆电动汽车进行虚拟分区，根据它们上报的虚拟分区指标，设σ0=0.026，k=1.038，得到了最优分区8个，从而分配8个代理商。

虚拟分区以后按照上文提出的基于电动汽车虚拟分区的双层优化调度模型，求解上下层模型，得到参与调度后受电动汽车影响的一天内的日负荷曲线，将其与无电动汽车影响日负荷曲线和未调度前100万辆电动汽车对负荷曲线的影响比较，如图3所示。

由图3可知，100万辆规模的电动汽车充放电通过双层优化调度以后，日负荷曲线峰谷差明显缩小，因此得出结论，该文所提出的电动汽车双层优化调度策略具有调整负荷曲线峰谷差的作用。

参考文献

[1] 谢冬冬，刘鑫，潘雪晴.大规模电动汽车接入对配电网的影响探讨[J].技术与市场，2018，25（10）：98-99.

[2] 王海亮，骆子潆，代璐，等.电动汽车对居民小区配电网的影响及接纳能力的评估[J].通信电源技术，2018，35（9）： 203-205.

[3] 陆春良，黄静，吴华华，等.基于虚拟分区的电网平衡机制研究[J].电气时代，2018（3）：63-66.

[4] 熊脶成.基于多尺度空间层次聚类的电动汽车充放电优化调度[D].长沙理工大学，2013.