考慮電動汽車充電站布局優化的配電網規劃研究

引言：基于人們的出行問題考慮，越來越多的交通設施相繼出現，電動車的出現既實現了便于交通的目的，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規劃以及其自身的優化布局。在具體的研究內容上面，以取得電動汽車充電站布局以及配電網接入的最小投運成本為目標，通過建立規劃模型，來進行電動汽車優化布局以及配電網接入的規劃研究。

隨著我國經濟社會的不斷快速發展，機動車的數量在不斷地增多，而且尤其表現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境污染問題的加劇要求機動車性質的多元化，因此電動汽車應運而生。電動汽車以及高效節能環保無污染的優勢，一經推出便得到了快速地發展，伴隨著電動汽車的快速發展，充電站的建設問題已經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化以及配電網的規劃問題。

一、優化電動汽車充電站布局以及配電網規劃

（一）電動汽車充電站布局以及配電網規劃概況

電動汽車充電站作為電動汽車必不可少的設施，其不僅與電動汽車相關，而且也是配電網絡的一部分。因此電動汽車充電站的建設絕不是獨立的，而是要與整個配電網的建設相協調。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定性。

之所以要對電動汽車充電站進行規劃，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劃來說，主要考慮的是其所承擔的一定范圍之內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的規劃模型，通過對模型的分析研究，達到優化電動汽車充電站布局以及配電網規劃的目的。本文所建立的配電網規劃模型，其首先要建立在滿足區域內電動汽車的充電需求的基礎上，而且要考慮整個配電網的運行要求，通過對配電網饋線的擴容與新建、變電站的擴容、電動汽車充電站的投運進行規劃，使電動汽車充電站的接入成本以及配電網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規劃，不同于傳統的居民用電規劃，主要體現在配電網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絡結構，因而本文所建立的規劃模型其基本狀態也是輻射狀。

（二）電動汽車充電站配電網規劃處理方法

雖然在電動汽車充電站配電網的規劃中要堅持輻射狀的方式，但是其具體的規劃方法是有很多種的，要考慮配電網的實際情況，來選擇最為合理的規劃方式。通常對于配電網輻射狀的規劃方式主要有兩種，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的輻射狀規劃。簡而言之，這兩種規劃方法所采用的遺傳算法，通過編碼來對隱含的輻射狀結構進行約束，或者通過對非輻射狀解進行懲罰而保證整個規劃的輻射狀態。目前很多相關的研究都提出了一些能夠保證配電網規劃呈現輻射狀的編碼策略，而且在實際的操作中，通過演化算法對其進行求解，還有一些相關的研究采用蟻群算法，從而使求解后的配電網規劃自然而然形成輻射狀結構。還有一些相關研究提出利用數學規劃方法，來進行對于配電網規劃的輻射狀約束，但是其缺點在于對于配電網規劃輻射狀約束不夠嚴格。

二、經過分析研究建立的配電網規劃模型

本文在參考以上配電網規劃方法的基礎上，結合實際工作，提出了一種新的配電網規劃方法，可以有效地保證配電網規劃的輻射狀約束。

由于配電網規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絡輻射狀約束。由于篇幅所限，本文主要對配電網網絡輻射狀約束進行分析。

經過對一些以往資料的研究，筆者發現，以往為了保證配電網輻射狀約束，經常會采用一種處理配網輻射狀約束方法，該方法基于數學規劃。其中主要是通過對配電網的廣義節點連通性進行約束，從而保證整個配電網的輻射狀。因此，本文主要對該方法的廣義節點的連通性約束進行分析，經過研究改進，從而建立一個新的配電網規劃模型。

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

圖1"圍繞節點1的廣義節點連通性約束

yb12+yb14≥1""""""（1）

基于公式1，如果對于如圖1中的廣義節點注入的電流不是0的話零，那么應該滿足公式（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，應為所有備選線型使用變量的和。

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

經過以上分析，可以得出：如果某一廣義節點其注入電流不為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出。如果將該約束去掉，則對整個計算的結果沒有影響。

結束語

本文通過對以往資料中配電網規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。通過對配電網規劃的輻射狀進行約束，從而實現對于電動汽車充電站的優化布局以及相關的配電網的合理規劃。

參考文獻

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（作者單位：國網山西省電力公司長治縣供電公司）