CN120222460A 一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法

(19)国家知识产权局城西路8号金珈辉孙国强臧海祥黄蔓云H02JB60L(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200(54)发明名称一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法本发明公开了一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法，在动态交通分配模型的基础上，通过价格信号最大潜力发挥电动汽车灵活充放电能力，刻画电动汽车的综合时空灵活运行域，建立考虑V2G车网互动的动态交通分配模型，在模型中考虑了电动汽车V2G车网互动和充放电优惠券的价格引导；在配电网建立二阶锥DistFlow最优潮流模型，制定合理的配电网购电发电策略；通过充电站和V2G站实现配电网和交通网双网耦合，构建考虑车网互动的配电-交通耦合系统成本模型，通过凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，得到一种基于V2G站位置及容量等)获取交通网出行需求、电动汽车渗透率、V2G用户渗透率等场景数据(网络拓扑、线路、发电机、分布式电源、分布式光伏等)获取电网负荷需求、光伏出力、优21.一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法，其特征在于，电站位置及容量；步骤5、基于步骤2中配电网二阶锥DistFlow最优潮流模型和步骤4中考虑V2G车网互动步骤6、设置配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券2.根据权利要求1所述的一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方v,(t)=v₂(t)-2(r;P,(1)+x,Q,(1))+(r²+x²)L,(1P()=Pgn(t)+PG(t)+Ppv(和j的有功注入功率和无功注入功率；,和x,分别为线路ij的电阻、电抗；P(1)、Q,(1)和3v,(1)为节点i和j的电压平方；P(1)和(4)分别为节点i处上级电网发出的有功和无功功率；PB₆(1)和Q₆(4)分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率；Pv(1)和Q↓(1)分别为站的有功负荷；Po(1)和Qoa(1)分别为节点i处的常规有功和无功负荷，x。(t+1)分别为t+1时刻路段a上的状态聚合车流量；Pch和Pvzg为平均充电和V2G功率；是用来描述交通网路段a上的充电站或V2G站与配电网节点一一对应关系的参数；(2)光伏逆变器模型以及上下限约束t时刻节点i处电压幅值的绝对值；V和平分别为节点i处电压下限和上限；I,(1)表示t时刻i处上级电网传输有功和无功功率的下限和上限；、PBG和G、QG分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率的下限和上限。3.根据权利要求2所述的一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方(1)路段状态方程和流量传播约束：4x,,a(1+1)=x.a(1)+u,,a(1)-v′.a(1)r-s的累计到达车流量；E₅(t+1)为t+1时刻起始-目的节点对r-s的为t时刻起始-目的节点对r-s中选择第k条路径的累计到达车流量；x,(1+1)分别为t+1时发的路段a集合，D(j)表示通向节点j的路段a集合；为路段a的自由通行时间；假设路段a为路径k∈K中的一条路段，k表示路径k中路段a之后的所有路段集合于路径k中路段a之后的路段集合k;x.b(t+7)为1+1。时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；x.b(1)为t时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；E(1+T)为1+1时刻起始-目的节点对r-s中选择第k条路径的累计到达车流量；(2)通行时间和出行成本约束：5ca(1)=@ta(ua(1)-w2g(1)P₂gv₂g-w2g(t),a式中，T(A₀)为普通路段集合、T(Aε)为充电路段集合、T(A)为虚拟路段集合、T(A)为V2G路段集合；t。(u。()表示路段a在有u。(1)车辆流入的情况下的通行时间；为路段a的自向充电站的充电容量和V2G容量的最大排队时间；c和c²为充电站/V2G站的配置容量；x。(t+1)分别为t+1时刻路段a上的状态聚合车流量；虚拟路段A为了交通网连通性所设置刻路段a上充电站的单位充电电价；wh(1)为t时刻路段a上充电站的单位优惠券价格；Peht时刻路段a上V2G站的一次性优惠券补贴；c(1)为t时刻出发以r为起始节点、s为目的节点中第k条路径的出行成本；假设路段a为路径k∈K„中的一条路段，k表示路径k中路段a之前的所有路段集合，b∈k表示路段b属于路径k中路段a之前的路段集合k;为路段b的自由通(3)动态用户均衡条件、容量约束和初值条件0≤u.a(1)[c(1)-c(1)]≥0,a∈F(r)6式中，0≤a⊥b≥0表示a≥0,b≥0且ab=0;cB。(1)、c,(1)、cπ,(1)分别为t时刻出发以r始节点、s为目的节点的普通路径、充电路径、V2G路径的最小出行成本，x,,。(O)、x,。(1)分别为0时刻和1时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的状态车流量；u₄,。(0)为0时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的流入车流量。4.根据权利要求3所述的一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方FPDN=Fgen+Fₙ₆-Fh+F₂式中，FpDN为配电-交通系统总成本；Fg为上级电网购电成本；Fn₆为分布式电源发电电电价；F₃为配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴总成本；FPDN为配电-交通系统总成本上限；F₆配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴额度上限。5.根据权利要求4所述的一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方minFlex(a,β)=sinacosβ·P+sina7α=α₀+Ka·△α,Ka=0,1,2,…Na-1,Na(A-53)式中，α为每次迭代切平面的法向量极角，即切平面法向量与z轴的夹角；β为每次迭代面方程sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosα·P₂+Flex(α,β)=0的常数项；minFlex(a,β)表示平面sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosa·P₂+Flex(a,β)=0与可行域相切的极限位置时的常数项；选择观察灵活可行域时刻t,选择观察灵活运行域的三座双向充电站，将第一座双向充电站标记为x,第二座双向充电站标记y,第三座双向充电站标记z,P、P,、P₂分别为第一座、第二座、第三座双向充电站的充放电净负荷，P(t.)、PL(t.)、P(L.)分别为第一座、第二座、第三座双向充电站t时刻的充电负荷，P2g(t.)、P2g(t.)、P2g(t.)分别为第一座、第二座、第三座双向充电站t.时刻的V2G功率；α₀为迭代切平面法向量极角α的初始角，△a为迭代切平面法向量在极角方向的旋转步长，Ka为极角α旋转次数，Na为极角α最大旋转次数；β为迭代方位角β旋转次数，Nβ为方位角β最大旋转次8一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法技术领域[0001]本发明属于电-交通网协同优化技术领域，具体涉及一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法。背景技术[0002]随着可再生能源发电占比的持续提升和新型电力系统构建的加速推进，电力系统供需双侧的波动性与不确定性显著增强。传统以火电机组、抽水蓄能等为主的"源-网"侧灵活性调节资源，在响应速度、调节成本与空间属性等方面逐渐难以满足高比例新能源消纳需求。在此背景下，负荷侧海量灵活性资源的挖掘与协同调控成为电力系统转型的重要方向。海量灵活性资源一般指广泛分布于用户侧的分布式电源、分布式储能、可调节负荷等，通过电力系统宏观调度，能够增强电力系统时空尺度上的动态平衡稳定性。电动汽车作为新型负荷侧灵活性资源，其作为移动储能的Vehicle-to-Grid(V2G)能力得到广泛关注，正在从"单向刚性负荷”向"双向柔性资源"转变，通过在交通网释放价格信号，能够在一定程度上引导交通流的分布，调度电动汽车在需要的时间前往特定的双向充电站进行充放电，不仅可以缓解电动汽车充电负荷高峰对于电网的冲击，而且能够在配电系统利用充放电的灵活性起到负荷转移和削峰填谷的作用，在时空尺度上实现负荷的转移消纳，提高配电-交通耦合系统的灵活性和可靠性。[0003]目前对于负荷侧灵活性资源的研究大多针对传统的负荷侧光伏和储能储热设备等，如针对交直流混合配电网中光伏、储能及可控负荷的灵活运行特性进行研究，辅助调度人员更直观地了解交直流混合配电网的灵活运行空间；或针对配电系统和区域供热系统的蓄热灵活性，通过投影步骤寻找电加热器的动态边界，利用多面体集来表征区域供热系统灵活性。而电动汽车作为新型负荷侧灵活性资源，对于电动汽车的充放电灵活性关注较少。目前对于电动汽车灵活性的研究大多聚焦于挖掘电动汽车用户的插电时间习惯，量化电动汽车用户在容量、充电时间和功率等多方面的灵活性，对电动汽车可调度容量建立实时评估模型，忽略了电动汽车V2G能力对于电网的补充，且缺少对于交通网车辆流动过程的建模，要深挖电动汽车充放电的灵活性，必然要关注电动汽车在交通网的流动情况。对于交通车流建模的研究，大多采用的是静态交通分配模型和半动态交通分配模型，其精度较低，难以进行实时仿真，而动态交通分配模型可以以更精细的时间颗粒度模拟交通流，更适用于对电动汽车进行实时调度。发明内容[0004]发明目的，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足而提供一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法。本发明计及了电力-交通耦合系统的协同，首先建立了考虑V2G车网互动的动态交通分配模型，在模型中考虑了电动汽车V2G车网互动和充放电优惠券的价格引导；其次，在配电网建立了二阶锥DistFlow最优潮流模型，制定合理的配电网购电发电策略；最后，本发明通过充电站和V2G站实现配电网和交通9网双网耦合，构建了考虑车网互动的配电-交通耦合系统成本模型，通过不断迭代旋转切平面与可行域相切，找到可行域边界点，利用凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，准确刻画电动汽车充放电在不同补贴额度下的灵活调节能力，使配电-交通耦合系统的灵活性变得更加直观具体，便于根据耦合系统的需求进行最优调度。[0005]技术方案，为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析方法，该方法包括以下步骤：[0006]步骤1、获取配电网网络参数和运行系数，所述网络参数包括配电网网络拓扑、线上级电网购电量和分布式电源发电量为控制变量，以配电网运行约束为约束条件，建立配电网二阶锥DistFlow最优潮流模型；向充电站位置及容量；[0009]步骤4、获取交通网出行需求、电动汽车渗透率、V电优惠券为控制变量，以交通网基本运行约束为约束条件，建立考虑V2G车网互动的动态交通分配模型；[0010]步骤5、基于步骤2中配电网二阶锥DistFlow最优潮流模型和步骤4中考虑V2G车网互动的动态交通分配模型，通过充电站和V2G站实现配电网和交通网双网耦合，构建考虑车网互动的配电-交通耦合系统成本模型；[0011]步骤6、设置配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴额度，通过旋转切平面与可行域相切，利用凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，得到基于动态交通流下电动汽车在不同补贴额度下的灵活调节能力。[0012]进一步的，步骤2中配电网二阶锥DistFlow节点i和j的有功注入功率和无功注入功率；%和x,分别为线路ij的电阻、电抗；P(1)、Q,(1)和v,(1)为节点i和j的电压平方；Pg(1)和(1)分别为节点i处上级电网发出的有功和无功功率；PB(1)和Qne(1)分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率；Pv(1)和(1)分别时刻路段a上的状态聚合车流量；Pch和Pv₂g为平均充电功率和V2G功率；a是用来描述交通网路段a上的充电站或V2G站与配电网节点一一对应关系的参数；[0023](2)光伏逆变器模型以及上下限约束[0028]式中，S为节点i表示t时刻节点i处电压幅值的绝对值；V和7分别为节点i处电压下限和上限；1。(2)表示t时刻电路ij的电流幅值的绝对值；1,为线路ij的电流上限；Pm、Pgm和Qg、分别为节点i处上级电网传输有功和无功功率的下限和上限；PBG、PBG和G、QG分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率的下限和上限。[0029]进一步的，步骤4中考虑V2G车网互动的动态交通分配模型如下：点对r-s的累计到达车流量；E₅(t+1)为t+1时刻起始-目的节点对r-s的累计到达车流量；E(1)为t时刻起始-目的节点对r-s中选择第k条路径的累计到达车流量；x,。(1+1)分别为点j出发的路段a集合，D(j)表示通向节点j的路段a集合；为路段a的自由通行时间；假设路段a为路径k∈K„中的一条路段，k段b属于路径k中路段a之后的路段集合k;x.b(t+t)为t+1时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；x,b(1)为t时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；E(1+T)为t+I时刻起始-目的节点对r-s中选择第k条路径的累计到达车流量；[0054]式中：T(A₀)为普通路段集合、T(Aε)为充电路段集合、T(4ₙ)为虚拟路段集合、时刻路段a上充电站的单位充电电价；四2(t)为t时刻路段a上充电站的单位优惠券价格；有路段集合，b∈k表示路段b属于路径k中路段a之前的路段集合k;为路段b的自由通行时[0063]式中，0≤a⊥b≥0表示a≥0,b≥0且ab=0;c₃。()、C₅e(1)、c₅,B(1)分别为t时刻出发以分别为0时刻和1时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的状态车流量；u,。(0)为0时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的流入车流量。准充电电价；F₆为配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴总成本；FPDN为配电-交通系统总成本上限；F四配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴额度上限。[0074]进一步的，步骤6中，通过不断旋转切平面与可行域相切，利用凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，刻画电动汽车充放电在给定补贴额度下的灵活调节能力：[0079]α=α₀+Ka·△α,Ka=0,1,2,…Na-1,Na(A[0080]β=β₀+Kp△β,Kp=0,1,2,…Nβ-2,Nβ-1(A-5[0083]式中，α为每次迭代切平面的法向量极角，即切平面法向量与z轴迭代切平面的法向量方位角，即切平面法向量在xy平面的投影与x轴的夹角；Flex(a,β)为平面一般方程sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosa·P₂+Flex(a,β)=0的常数项；minFlex(a,β)表示平面sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosa·P₂+Flex(a,β)=0与可行域相切的极限位置时的常数项；选择观察灵活可行域时刻t.,选择观察灵活运行域的三座双向充电站，将第一座双向充电站标记为x,第二座双向充电站标记y,第三座双向充电站标记z,P、Py、P分别为第二座、第三座双向充电站1时刻的充电负荷，P2g(t.)、Pzg(L.)、P2g(L.)分别为第一座、第二代切平面法向量在极角方向的旋转步长，Ka为极角α旋转次数，Na为极角α最大旋转次数；β为迭代切平面法向量方位角β的初始角，△β为迭代切平面法向量在方位角方向的旋[0084]有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：[0085]本发明的技术方案与传统配电-交通耦合系统的电动汽车优化调度方案相比，本发明在动态交通流的精确模拟基础上，利用凸包拟合充分刻画了配电-交通耦合系统中双向充电站的灵活性可行域，通过价格信号引导交通流分布，最大限度发挥电动汽车的充放电能力，使配电-交通耦合系统的灵活性变得更加直观具体，便于根据耦合系统的需求进行车辆调度。算例测试结果表明，本发明所提方法能直观展现出配电-交通耦合系统对于充放电优惠券不同补贴额度下，双向充电站的灵活性可行域，为耦合系统的优化调度方案提供指导。附图说明[0086]图1是本发明方法流程图；[0087]图2是配电-交通耦合系统拓扑图；[0088]图3是补贴额度1000元双向充电站的灵活运行域；[0089]图4是补贴额度2000元双向充电站的灵活运行域；[0090]图5是补贴额度4000元双向充电站的灵活运行域；[0091]图6是三种补贴额度下耦合系统总成本对比图。具体实施方式[0092]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，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，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。[0093]如图1所示，本发明提供一种基于动态交通流下电动汽车的综合时空灵活性分析[0094]步骤1、获取配电网网络参数和运行系数，所述网络参数包括配电网网络拓扑、线上级电网购电量和分布式电源发电量为控制变量，以配电网运行约束为约束条件，建立配电网二阶锥DistFlow最优潮流模型；向充电站位置及容量；[0097]步骤4、获取交通网出行需求、电动汽车渗透率、V2G用户渗透率场景数据，以充放电优惠券为控制变量，以交通网基本运行约束为约束条件，建立考虑V2G车网互动的动态交通分配模型；[0098]步骤5、基于步骤2中配电网二阶锥DistFlow最优潮流模型和步骤4中考虑V2G车网互动的动态交通分配模型，通过充电站和V2G站实现配电网和交通网双网耦合，构建考虑车网互动的配电-交通耦合系统成本模型；[0099]步骤6、设置配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴额度，通过旋转切平面与可行域相切，利用凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，得到基于动态交通流下电动汽车在不同补贴额度下的灵活调节能力。[0100]进一步的，步骤2中配电网二阶锥DistFlow节点i和j的有功注入功率和无功注入功率；和x分别为线路ij的电阻、电抗；P,(1)、Q,(1)和v,(1)为节点i和j的电压平方；Pm(1)和Q(1)分别为节点i处上级电网发出的有功和无功功率；Pn₆(1)和Qng(1)分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率；P(1)和Qr(1)分别为节点i处分布式光伏发出的有功和无功功率；P2g(1)为时刻路段a上的状态聚合车流量；Pch和P₂g为平均充电和V2G功率；是用来描述交通网路段a上的充电站或V2G站与配电网节点一一对应关系的参数；[0111](2)光伏逆变器模型以及上下限约束[0116]式中，S为节点i处分布式光伏容量；Q为节点i处光伏逆变器无功容量，(2)表示t时刻节点i处电压幅值的绝对值；V和V分别为节点i处电压下限和上限；I,(2)表示t时刻电路ij的电流幅值的绝对值；1,为线路ij的电流上限；、Pm和Qgm、Qgm分别为节点i处上级电网传输有功和无功功率的下限和上限；、PBG和QG、QG分别为节点i处分布式电源发出的有功和无功功率的下限和上限。[0117]进一步的，步骤4中考虑V2G车网互动的动态交通分配模型如下：[0118](1)路段状态方程和流量传播约束：点对r-s的累计到达车流量；E„(t+1)为t+1时刻起始-目的节点对r-s的累计到达车流量；E(1)为t时刻起始-目的节点对r-s中选择第k条路径的累计到达车流量；x,。(1+1)分别为路段a为路径k∈K中的一条路段，k表示路径k中路段a之后的所有路段集合，b段b属于路径k中路段a之后的路段集合k;x,b(t+7)为t+时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；x,b(1)为t时刻起始-目的节点对r-s中路段b上的状态车流量；E(1+T)为t+t时刻起始-目的节点对[0142]式中，T(A₀)为普通路段集合、T(Ag)为充电路段集合、T(Ap)为虚拟路段集合、时刻路段a上充电站的单位充电电价；为t时刻路段a上充电站的单位优惠券价格；分别为0时刻和1时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的状态车流量；u,(0)为0时刻以r为起始节点、s为目的节点第k条路径下在路段a上的流入车流量。准充电电价；F₆为配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴总成本；FPDN为配电-交通系统总成本上限；F配电-交通耦合系统对双向充电站优惠券的补贴额度上限。[0162]进一步的，步骤6中，通过不断旋转切平面与可行域相切，利用凸包拟合描绘电动汽车双向充电站灵活运行域，刻画电动汽车充放电在给定补贴额度下的灵活调节能力：[0163]minFlex(a,β)=sinacosβ·P+sinasin[0168]β=β₀+Kp△β,Kp=0,1,2,…Nβ-2,Nβ-1(A-5迭代切平面的法向量方位角，即切平面法向量在xy平面的投影与x轴的夹角；Flex(a,β)为平面一般方程sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosa·P₂+Flex(a,β)=0的常数项；minFlex(α,β)表示平面sinacosβ·P+sinasinβ·P,+cosa·P₂+Flex(a,β)=0与可行域相切的极限位置时的常数项；选择观察灵活可行域时刻t,选择观察灵活运行域的三座双向充电站，将第一座双向充电站标记为x,第二座双向充电站标记y,第三座双向充电站标记z,P、P,、P2分别为第一座、第二座、第三座双向充电站的充放电净负荷，P(t.)、P(L.)、P(t.)分别为第一座、第二座、第三座双向充电站t时刻的充电负荷