V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法和装置

摘要

本发明涉及一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法和装置，其综合考虑充电站建设成本与收益的各项影响因素，以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型；将充电桩数量与充电负荷相耦合，并综合考虑充电负荷接入配电网产生的各类运行风险，以配电网可接纳充电桩的数量为标准建立配电网充电负荷接纳能力评估模型；分别采用二分法和混合逼近法分别求解上述两个模型以优化充电桩的规划建设。本发明能够在确保电网运行安全性的前提下优化充电桩的规划配置。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车充电桩规划建设领域，特别是涉及一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法和装置。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”大背景下，我国已经将电动汽车(Electric Vehicle,EV)的发展作为交通能源转型的重大战略。随着新能源汽车技术的发展，相应的充电站技术也将得到进一步推广应用。不同于传统能源汽车便捷的加注燃料模式，电动汽车需要通过相匹配的充电设施接入电网进行能量补充，大量的充电负荷接入给配电网带来了极大的负担和挑战。目前，充电设施参与电网互动的电力市场运营体系正在不断完善，电动汽车充电站的配置也亟待优化，需要建设足量的、恰当功率的充电设施，在保证配电网运行安全性的前提下，为电动汽车用户提供优质便捷的充电服务。

现如今，充电桩的规划建设仍是电动汽车充电设施涉网互动运营机制和技术研究中需要解决的一个首要问题。首先需要对充电站进行合理的选址，而现有的选址方法多是基于开发成本、EV能耗、电网损耗几类因素，耦合配电网与交通网，对充电站的选址问题进行优化，但仍缺乏对充电站建设经济效益的具体考虑。合理的选址规划有利于实现电动汽车的便利出行以及充电桩涉网互动机制的顺利运营，但是，为保障车网互动过程中配电网的安全运行，还需要充分考虑配电网对电动汽车充电负荷的接纳能力，以此为参考对充电设施进行优化配置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法和装置，能够在确保电网运行安全性的前提下优化充电桩的规划配置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法，包括以下步骤：

从设定区域内选择多个站点作为充电桩建设的备选站点，并获取每个备选站点的统计指标信息，所述统计指标信息至少包括在该备选站点的充电桩每年的预测收益；

基于统计指标信息以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型；

采用预设算法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址；

以配电网可接纳充电桩数为指标，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值；

以得到的配电网的NACP值为参考，在充电桩建设的最佳选址上对充电桩建设进行规划配置。

所述充电桩选址模型为：

所述采用预设算法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址，具体为：采用二分法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址。

所述以配电网可接纳充电桩数为指标，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值，具体包括：

将充电桩数量与充电负荷相耦合，建立充电负荷计算模型；

确定配电网各类运行风险指标，建立配电网运行风险计算模型；

以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值。

所述充电负荷计算模型以接入配电网的充电桩数量来代表配电网的充电负荷量，表达式为：

所述配电网运行风险计算模型为H(t)＝β

所述以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值，具体为：将充电负荷接入配电网的节点，根据配电网运行风险计算模型计算配电网的平均最大运行风险，采用混合逼近法来调节接入配电网的充电桩数量，使配电网的平均最大运行风险接近极限值，其中，充电桩数量为配电网的NACP值。

所述以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值，包括以下任一情况：

将不同类型的电动车的充电桩分别接入配电网的不同节点，各节点只接入单一类型的电动车，在常规负荷峰值给定的情况下，对配电网的NACP值进行评估；

假设配电网中只接入供私家车类型的电动车充电的充电桩，分别充电桩接入配电网的不同节点，计算不同情况下配电网的NACP值；

假设充电桩中快充桩与慢充桩的比例为m:n，计算不同车桩比的条件下配电网的NACP值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设装置，包括：

选择统计模块，用于从设定区域内选择多个站点作为充电桩建设的备选站点，并获取每个备选站点的统计指标信息，所述统计指标信息至少包括在该备选站点的充电桩每年的预测收益；

选址模型建立模块，用于基于统计指标信息以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型；

选址模块，用于采用预设算法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址；

评估模块，用于以配电网可接纳充电桩数为指标，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值；

规划配置模块，用于以得到的配电网的NACP值为参考，在充电桩建设的最佳选址上对充电桩建设进行规划配置。

所述选址模型建立模块建立的充电桩选址模型为：

所述选址模块采用二分法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址。

所述评估模块包括：

第一建立单元，用于将充电桩数量与充电负荷相耦合，建立充电负荷计算模型；

第二建立单元，用于确定配电网各类运行风险指标，建立配电网运行风险计算模型；

评估单元，用于以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值。

所述第一建立单元建立的充电负荷计算模型以接入配电网的充电桩数量来代表配电网的充电负荷量，表达式为：

所述第二建立单元建立的配电网运行风险计算模型为H(t)＝β

所述评估单元将充电负荷接入配电网的节点，根据配电网运行风险计算模型计算配电网的平均最大运行风险，采用混合逼近法来调节接入配电网的充电桩数量，使配电网的平均最大运行风险接近极限值，其中，充电桩数量为配电网的NACP值。

所述评估单元进行评估时，包括以下任一情况：

将不同类型的电动车的充电桩分别接入配电网的不同节点，各节点只接入单一类型的电动车，在常规负荷峰值给定的情况下，对配电网的NACP值进行评估；

假设配电网中只接入供私家车类型的电动车充电的充电桩，分别充电桩接入配电网的不同节点，计算不同情况下配电网的NACP值；

假设充电桩中快充桩与慢充桩的比例为m:n，计算不同车桩比的条件下配电网的NACP值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法的步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明以投资回收年限最短为标准，充分考虑充电桩建设的经济效益，为充电桩的选址问题建立了数学模型，并采用了一种快速且有效的算法对该模型进行求解,该方法能够准确判断最优解的取值范围，从而有利于电动汽车充电站的优化选址；通过充电负荷与配电网之间的耦合关系，并综合考虑多种风险的影响，以配电网的运行风险作为指标来评估配电网对充电桩的接纳能力，可以实现充电站中充电设施的有效规划与配置。本发明提供的考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法在确保电网运行安全性的前提下优化了充电桩的规划配置。

附图说明

图1是本发明第一实施方式V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法。该方法建立了充电站选址建设的双层规划模型，即综合考虑充电站建设成本与收益的各项影响因素，以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型；然后，将充电桩数量与充电负荷相耦合，并综合考虑充电负荷接入配电网产生的各类运行风险，以配电网可接纳充电桩的数量为标准建立配电网充电负荷接纳能力评估模型。最后分别采用二分法和混合逼近法分别求解上述两个模型以优化充电桩的规划建设。下面以国内某市的充电桩备选站点为例，进行具体说明。

如图1所示，本实施方式的一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法，包括以下步骤：

步骤1，从某市选择15个站点作为充电桩建设的备选站点，分别是A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O，并获取每个备选站点的统计指标信息，所述统计指标信息至少包括在该备选站点的充电桩每年的预测收益。假设各个备选站点的直流充电桩和交流充电桩的运营费用相同。

步骤2，基于统计指标信息以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型，本步骤中建立的充电桩选址模型为：

其中，F

步骤3，采用预设算法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址。具体为：确定充电桩选址模型中各参数的取值，并采用二分法对该充电桩选址模型进行求解，得到各个站点充电桩成本回收的最短年限，并将充电桩成本回收的最短年限所在的站点作为充电桩最佳选址。

步骤4，将充电桩数量与充电负荷相耦合，建立充电负荷计算模型。本步骤中，充电负荷计算模型以接入配电网的充电桩数量来代表配电网的充电负荷量，其表达式为：

其中，

步骤5，确定配电网各类运行风险指标，建立配电网运行风险计算模型。本步骤中，综合考虑配电网各类运行风险指标，建立配电网运行风险计算模型，其表达式为：

H(t)＝β

其中，H(t)为配电网在t时刻的运行风险，H

步骤6，以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值。本步骤中，将充电负荷以一定的形式接入配电网的节点，当配电网的平均最大运行风险刚好超过配电网所能承受风险的极限值时，配电网的NACP值为：

N

其中，N

在进行评估时，选择IEEE33节点配电系统作为仿真网络，线路选择LGJ-120，利用所建模型，对配电网的接纳能力进行评估。在配电网所能承受风险的极限值给定的条件下，采用混合逼近法来调节接入配电网的充电桩数量，使配电网的平均最大运行风险接近极限值，以此确定配电网的NACP值。评估时可以选用以下任一情况：

A、将私家车、公交车与出租车分别接入配电网的不同节点，各节点只接入单一类型的电动汽车，在常规负荷峰值给定的情况下，对配电网的NACP值进行评估；

B、假设配电网中只接入私家车的充电站，分别将其接入配电网不同位置的节点，计算不同情况下配电网的NACP值；

C、假设充电桩中快充桩与慢充桩的比例为n:m，计算不同车桩比的条件下配电网的NACP值。

步骤7，以得到的配电网的NACP值为参考，并在充电桩建设的最佳选址上对充电桩建设进行具体规划，该规划包括但不限于，配置充电站中各类电动汽车充电桩的比例，确定充电桩接入配电网的最优节点位置，以及设计快、慢充电桩的配置比例等。

不难发现，本发明以投资回收年限最短为标准，充分考虑充电桩建设的经济效益，为充电桩的选址问题建立了数学模型，并采用了一种快速且有效的算法对该模型进行求解,该方法能够准确判断最优解的取值范围，从而有利于电动汽车充电站的优化选址；通过充电负荷与配电网之间的耦合关系，并综合考虑多种风险的影响，以配电网的运行风险作为指标来评估配电网对充电桩的接纳能力，可以实现充电站中充电设施的有效规划与配置。本发明提供的考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法在确保电网运行安全性的前提下优化了充电桩的规划配置。

本发明的第二实施方式涉及一种V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设装置，包括：

选择统计模块，用于从设定区域内选择多个站点作为充电桩建设的备选站点，并获取每个备选站点的统计指标信息，所述统计指标信息至少包括在该备选站点的充电桩每年的预测收益；

选址模型建立模块，用于基于统计指标信息以最低投资回报年限为目标函数建立充电桩选址模型；

选址模块，用于采用预设算法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址；

评估模块，用于以配电网可接纳充电桩数为指标，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值；

规划配置模块，用于以得到的配电网的NACP值为参考，在充电桩建设的最佳选址上对充电桩建设进行规划配置。

所述选址模型建立模块建立的充电桩选址模型为：

所述选址模块采用二分法对所述充电桩选址模型进行求解，得到充电桩建设的最佳选址。

所述评估模块包括：

第一建立单元，用于将充电桩数量与充电负荷相耦合，建立充电负荷计算模型；

第二建立单元，用于确定配电网各类运行风险指标，建立配电网运行风险计算模型；

评估单元，用于以配电网可接纳充电桩数为指标，利用充电负荷计算模型和配电网运行风险计算模型，对配电网的接纳能力进行评估，得到配电网的NACP值

所述第一建立单元建立的充电负荷计算模型以接入配电网的充电桩数量来代表配电网的充电负荷量，表达式为：

所述第二建立单元建立的配电网运行风险计算模型为

H(t)＝β

所述评估单元将充电负荷接入配电网的节点，根据配电网运行风险计算模型计算配电网的平均最大运行风险，采用混合逼近法来调节接入配电网的充电桩数量，使配电网的平均最大运行风险接近极限值，其中，充电桩数量为配电网的NACP值。

所述评估单元进行评估时，包括以下任一情况：

将不同类型的电动车的充电桩分别接入配电网的不同节点，各节点只接入单一类型的电动车，在常规负荷峰值给定的情况下，对配电网的NACP值进行评估；

假设配电网中只接入供私家车类型的电动车充电的充电桩，分别充电桩接入配电网的不同节点，计算不同情况下配电网的NACP值；

假设充电桩中快充桩与慢充桩的比例为m:n，计算不同车桩比的条件下配电网的NACP值。

本发明的第三实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一实施方式的V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法的步骤。

本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施方式的V2G场景下考虑配电网接纳能力的充电桩建设方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。