考慮電動汽車充電站布局優(yōu)化的配電網(wǎng)規(guī)劃研究

引言：基于人們的出行問題考慮，越來越多的交通設(shè)施相繼出現(xiàn)，電動車的出現(xiàn)既實現(xiàn)了便于交通的目的，還降低了城市污染。提高電動車，就需要對其充電站的布局加以考慮。對于電動汽車的充電站布局來說，不僅要考慮到用戶使用方便的要求，而且還要照顧配電網(wǎng)的接入成本，由于電動汽車充電站具有很多特殊性，因此本文主要的是電動汽車充電站的配電網(wǎng)規(guī)劃以及其自身的優(yōu)化布局。在具體的研究內(nèi)容上面，以取得電動汽車充電站布局以及配電網(wǎng)接入的最小投運成本為目標(biāo)，通過建立規(guī)劃模型，來進行電動汽車優(yōu)化布局以及配電網(wǎng)接入的規(guī)劃研究。

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷快速發(fā)展，機動車的數(shù)量在不斷地增多，而且尤其表現(xiàn)在私家車的增多上面，與此同時，隨著能源利用的逐漸緊張以及城市環(huán)境污染問題的加劇要求機動車性質(zhì)的多元化，因此電動汽車應(yīng)運而生。電動汽車以及高效節(jié)能環(huán)保無污染的優(yōu)勢，一經(jīng)推出便得到了快速地發(fā)展，伴隨著電動汽車的快速發(fā)展，充電站的建設(shè)問題已經(jīng)成為了一個很重要的問題，因此，本文主要研究了電動汽車充電站布局的優(yōu)化以及配電網(wǎng)的規(guī)劃問題。

一、優(yōu)化電動汽車充電站布局以及配電網(wǎng)規(guī)劃

（一）電動汽車充電站布局以及配電網(wǎng)規(guī)劃概況

電動汽車充電站作為電動汽車必不可少的設(shè)施，其不僅與電動汽車相關(guān)，而且也是配電網(wǎng)絡(luò)的一部分。因此電動汽車充電站的建設(shè)絕不是獨立的，而是要與整個配電網(wǎng)的建設(shè)相協(xié)調(diào)。在整個電動汽車充電站的布局上面要堅持這樣一個原則：努力使電動汽車用戶的充電成本以及充電站的接入成本均達到最小，與此同時，還要確保充電站供電的穩(wěn)定性。

之所以要對電動汽車充電站進行規(guī)劃，主要原因是電動汽車的用電與日常居民用電不同，電動汽車不可能一直在同一個充電站進行充電，其需要在一定方圓范圍內(nèi)的不同的充電站進行充電，因此，對于一個電動汽車充電站的規(guī)劃來說，主要考慮的是其所承擔(dān)的一定范圍之內(nèi)的電動汽車的用電需求（充電負荷）。

本文通過建立電動汽車配電網(wǎng)的規(guī)劃模型，通過對模型的分析研究，達到優(yōu)化電動汽車充電站布局以及配電網(wǎng)規(guī)劃的目的。本文所建立的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，其首先要建立在滿足區(qū)域內(nèi)電動汽車的充電需求的基礎(chǔ)上，而且要考慮整個配電網(wǎng)的運行要求，通過對配電網(wǎng)饋線的擴容與新建、變電站的擴容、電動汽車充電站的投運進行規(guī)劃，使電動汽車充電站的接入成本以及配電網(wǎng)變電站的擴容投資均達到最小。

對于電動汽車充電站的配電網(wǎng)規(guī)劃，不同于傳統(tǒng)的居民用電規(guī)劃，主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)對于電動汽車充電站的輸電是呈輻射狀的。而且除了輸電方式以外，在對電動汽車充電站進行輸電時，對于其運行的安全性要求同樣基于輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而本文所建立的規(guī)劃模型其基本狀態(tài)也是輻射狀。

（二）電動汽車充電站配電網(wǎng)規(guī)劃處理方法

雖然在電動汽車充電站配電網(wǎng)的規(guī)劃中要堅持輻射狀的方式，但是其具體的規(guī)劃方法是有很多種的，要考慮配電網(wǎng)的實際情況，來選擇最為合理的規(guī)劃方式。通常對于配電網(wǎng)輻射狀的規(guī)劃方式主要有兩種，即支路交換法以及最小生成樹法，這兩種方法都很好地保證了配電網(wǎng)的輻射狀規(guī)劃。簡而言之，這兩種規(guī)劃方法所采用的遺傳算法，通過編碼來對隱含的輻射狀結(jié)構(gòu)進行約束，或者通過對非輻射狀解進行懲罰而保證整個規(guī)劃的輻射狀態(tài)。目前很多相關(guān)的研究都提出了一些能夠保證配電網(wǎng)規(guī)劃呈現(xiàn)輻射狀的編碼策略，而且在實際的操作中，通過演化算法對其進行求解，還有一些相關(guān)的研究采用蟻群算法，從而使求解后的配電網(wǎng)規(guī)劃自然而然形成輻射狀結(jié)構(gòu)。還有一些相關(guān)研究提出利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，來進行對于配電網(wǎng)規(guī)劃的輻射狀約束，但是其缺點在于對于配電網(wǎng)規(guī)劃輻射狀約束不夠嚴(yán)格。

二、經(jīng)過分析研究建立的配電網(wǎng)規(guī)劃模型

本文在參考以上配電網(wǎng)規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工作，提出了一種新的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，可以有效地保證配電網(wǎng)規(guī)劃的輻射狀約束。

由于配電網(wǎng)規(guī)劃的輻射狀約束包含很多方面，比較有代表性的有：一般性約束、變量間的邏輯約束以及網(wǎng)絡(luò)輻射狀約束。由于篇幅所限，本文主要對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)輻射狀約束進行分析。

經(jīng)過對一些以往資料的研究，筆者發(fā)現(xiàn)，以往為了保證配電網(wǎng)輻射狀約束，經(jīng)常會采用一種處理配網(wǎng)輻射狀約束方法，該方法基于數(shù)學(xué)規(guī)劃。其中主要是通過對配電網(wǎng)的廣義節(jié)點連通性進行約束，從而保證整個配電網(wǎng)的輻射狀。因此，本文主要對該方法的廣義節(jié)點的連通性約束進行分析，經(jīng)過研究改進，從而建立一個新的配電網(wǎng)規(guī)劃模型。

本文對于該方法的關(guān)鍵約束—廣義節(jié)點連通性約束的分析如圖1所示。如果對于圖1中的節(jié)點1注入的電流不是0的話，那么最少應(yīng)該有1條待建線路聯(lián)接到節(jié)點1，見公式（1）。

圖1"圍繞節(jié)點1的廣義節(jié)點連通性約束

yb12+yb14≥1""""""（1）

基于公式1，如果對于如圖1中的廣義節(jié)點注入的電流不是0的話零，那么應(yīng)該滿足公式（2）、（3）。

yb14+yb23+yb25≥1""（2）

yb45+yb23+yb25≥1"""（3）

對于圖1來說，其待建線路只有1種備選線型，如果某一待建線路有多種備選線型的話，那么公式（1）—（3）使用的變量，應(yīng)為所有備選線型使用變量的和。

根據(jù)著名的基爾霍夫電流定律，對于圖1來說，如果任何一個廣義節(jié)點，其注入以及流出的電流代數(shù)和是0的話。那么如果注入電流不是0，那么最少要有1條和該節(jié)點聯(lián)接的線路被使用，只有這樣才能承載其流出的電流。該原理反映在圖1中節(jié)點1、2、4所組成的廣義節(jié)點上，因此能夠證明公式（3）可以通過基爾霍夫電流定律進行導(dǎo)出。

經(jīng)過以上分析，可以得出：如果某一廣義節(jié)點其注入電流不為0，那么其一定被連通這一約束，可以通過基爾霍夫電流定律約束進行導(dǎo)出。如果將該約束去掉，則對整個計算的結(jié)果沒有影響。

結(jié)束語

本文通過對以往資料中配電網(wǎng)規(guī)劃輻射狀約束進行分析，尤其是對其中比較具有代表性的廣義節(jié)點連通性約束進行分析，從而得出了一個新的約束模型。通過對配電網(wǎng)規(guī)劃的輻射狀進行約束，從而實現(xiàn)對于電動汽車充電站的優(yōu)化布局以及相關(guān)的配電網(wǎng)的合理規(guī)劃。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司長治縣供電公司）