電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行特性影響的綜合評(píng)估方法

張 帥，劉一欣，張宇軒，郭 力

（天津大學(xué)，天津 300072）

0 引言

隨著電動(dòng)汽車(chē)及其配套充電基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模普及，配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓和功率分布的隨機(jī)性將進(jìn)一步增強(qiáng)。在此情況下，有效地評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行特性的綜合影響，對(duì)于開(kāi)展配電網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)度有著重要的指導(dǎo)意義。

目前針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行特性影響的評(píng)估研究中，常用的配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)主要包括電壓合格率、電壓偏差率、線路重載率、負(fù)荷峰谷差、配變重載比、無(wú)功配置不合格率和短時(shí)負(fù)載率等［1-3］，主要采用概率的形式對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，但通常是通過(guò)多場(chǎng)景得到不同場(chǎng)景下的潮流計(jì)算結(jié)果，再對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到對(duì)應(yīng)的概率評(píng)估指標(biāo)［4-5］。場(chǎng)景建模通過(guò)少量具有代表性的場(chǎng)景代替原始負(fù)荷和資源數(shù)據(jù)以降低計(jì)算量，但少量的場(chǎng)景分析無(wú)法全面準(zhǔn)確地反映出配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的分布情況，導(dǎo)致原始負(fù)荷和資源數(shù)據(jù)概率分布特性丟失，在計(jì)算準(zhǔn)確性上相對(duì)較差［6］。概率潮流是處理配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)隨機(jī)性的一種重要方法，可以準(zhǔn)確反映配電網(wǎng)運(yùn)行評(píng)估指標(biāo)的概率特性。在概率潮流主要計(jì)算方法中，基于半不變量的級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算的效率更高，其在功率隨機(jī)性較低時(shí)精度較高［7］，兼有其他計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)。然而基于運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)展開(kāi)的半不變量法在含有電動(dòng)汽車(chē)等具有較強(qiáng)功率波動(dòng)幅值的負(fù)荷時(shí)，潮流計(jì)算難以保證足夠的精度。

另一方面，電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中與電網(wǎng)的連接形式主要分為集中式和分散式兩種，由于配電網(wǎng)潮流與負(fù)荷的大小和分布位置有較大關(guān)系，因此在評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的影響時(shí)需要綜合考慮所有節(jié)點(diǎn)上不同類型的充電負(fù)荷［8］，從整體出發(fā)展開(kāi)評(píng)估［9］，因而需要對(duì)不同的元件賦予對(duì)應(yīng)的權(quán)重。現(xiàn)有針對(duì)不同類型指標(biāo)權(quán)重賦值的研究中，文獻(xiàn)［10］通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度提高人為主觀賦權(quán)的一致性；文獻(xiàn)［11］通過(guò)改進(jìn)層次屬性模型和標(biāo)準(zhǔn)間沖突性相關(guān)法確定不同指標(biāo)的權(quán)重，提高了指標(biāo)沖突性的識(shí)別能力；文獻(xiàn)［12］通過(guò)改進(jìn)熵權(quán)法提高了極端熵值情況下的權(quán)重配置合理性；文獻(xiàn)［13］則通過(guò)最小二乘優(yōu)化方法綜合了主觀權(quán)重與熵權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)。然而，上述研究?jī)H對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重分析，針對(duì)具體指標(biāo)中不同元件的權(quán)重分配研究較少。以電壓合格指標(biāo)為例，當(dāng)評(píng)估對(duì)象為配電網(wǎng)整體時(shí)，通常的做法為統(tǒng)計(jì)配電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)在所有運(yùn)行時(shí)段的電壓情況，將合格次數(shù)與總次數(shù)的比值作為電壓合格指標(biāo)［2，14］。然而，配電網(wǎng)出現(xiàn)電壓?jiǎn)栴}的節(jié)點(diǎn)大多位于線路末端或分布式電源功率滲透率較高的節(jié)點(diǎn)［15］，當(dāng)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，電壓不合格的節(jié)點(diǎn)在數(shù)量上占比較低，不合格運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)會(huì)被“淹沒(méi)”在正常數(shù)據(jù)中，導(dǎo)致配電網(wǎng)的整體評(píng)估指標(biāo)無(wú)法有效反映配電網(wǎng)中已經(jīng)存在的運(yùn)行問(wèn)題。

為此，本文基于半不變量-級(jí)數(shù)展開(kāi)方法進(jìn)行概率潮流計(jì)算，采用分段線性化的方法降低潮流計(jì)算誤差［16］，以隨機(jī)變量的方差與期望值之比確定分段數(shù)，兼顧計(jì)算精度和計(jì)算效率。在此基礎(chǔ)上，提出基于特征加權(quán)和熵權(quán)法的概率指標(biāo)綜合評(píng)估方法，結(jié)合評(píng)估對(duì)象的運(yùn)行特性，對(duì)可能存在運(yùn)行問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)或支路有針對(duì)性地賦予更高的權(quán)重，從而更有效地反映運(yùn)行中存在的電壓越限、線路過(guò)載等問(wèn)題；利用熵權(quán)法對(duì)各線路概率評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，避免人為因素對(duì)權(quán)重計(jì)算造成影響，得到線路整體特性的綜合評(píng)估結(jié)果。

1 概率潮流模型

1.1 運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)線性化

采用基于運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的線性化方法對(duì)非線性潮流方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)電壓幅值和支路有功、無(wú)功功率的影響，如式（1）所示：

式中：ΔV表示節(jié)點(diǎn)電壓變化量矩陣；J表示牛頓拉夫遜潮流計(jì)算中的雅各比矩陣；ΔS表示節(jié)點(diǎn)注入凈功率較運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的變化量矩陣；S0表示J的逆矩陣，為節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)電壓的靈敏度矩陣；ΔF表示支路有功、無(wú)功功率變化量矩陣；T0表示節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)支路有功、無(wú)功功率的靈敏度矩陣，通過(guò)矩陣J和S0計(jì)算［17］。

1.2 考慮變量相關(guān)性的半不變量

采用相關(guān)系數(shù)矩陣處理實(shí)際配電線路中不同負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性，將存在相關(guān)性的隨機(jī)變量表示為不相關(guān)隨機(jī)變量與相關(guān)性矩陣的乘積［18］。則式（1）可轉(zhuǎn)化為：

輸入ΔV與擾動(dòng)變量ΔS，則ΔF的各階半不變量關(guān)系如式（3）所示：

1.3 分段線性化概率潮流

基于運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)線性化的潮流在擾動(dòng)變量ΔS具有較大的波動(dòng)性時(shí)，由于線性化模型本身的誤差而導(dǎo)致計(jì)算不精確，通過(guò)分段線性化方法可以提高計(jì)算精度［17］。圖1 中以分兩段為例，可知在運(yùn)行點(diǎn)增加后，分為兩段分別進(jìn)行潮流線性化時(shí)，在同樣的ΔS變化量下，分段進(jìn)行潮流線性化的計(jì)算誤差ΔV會(huì)顯著降低。兩個(gè)區(qū)間內(nèi)的靈敏度矩陣需要通過(guò)所在區(qū)間運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分別計(jì)算。

圖1 分段線性化示意

劃分的區(qū)域數(shù)量增加，計(jì)算量也成比例增加。在配電網(wǎng)中，考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)下的凈功率波動(dòng)特性時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的凈功率變量都需要進(jìn)行分段線性化，龐大的運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量將導(dǎo)致計(jì)算量過(guò)大，因此需要限制線性化分段數(shù)量。以隨機(jī)變量的方差與期望值之比作為分段數(shù)的確定方法，分段區(qū)間邊界采用隨機(jī)變量的分位數(shù)確定，每個(gè)分段區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行基準(zhǔn)點(diǎn)選擇所在區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)變量期望值，具體如表1所示。

表1 節(jié)點(diǎn)凈功率概率特性與線性化分段數(shù)量關(guān)系

表1 中，D(x)和E(x)分別為輸入擾動(dòng)變量ΔS的方差和數(shù)學(xué)期望，當(dāng)|D(x)/E(x)|較小時(shí)，表示該擾動(dòng)變量的波動(dòng)性較小，此時(shí)分段數(shù)較少；當(dāng)該比值較大時(shí)，適當(dāng)增加分段數(shù)，有助于減少計(jì)算誤差。

1.4 線路載流量概率分布計(jì)算

在潮流分析中常需要計(jì)算線路載流量約束，因此還需要對(duì)線路的視在功率進(jìn)行概率建模。采用離散概率密度函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可得到支路有功、無(wú)功功率平方的概率密度函數(shù)與累積概率分布函數(shù)，再通過(guò)卷積運(yùn)算即可獲得支路視在功率的概率密度函數(shù)與累積概率分布函數(shù)，如式（4）所示：

式中：fSL(x)表示支路視在功率的概率密度函數(shù)；fSL2(x2)表示支路視在功率平方的概率密度函數(shù)；FSL(x)表示累積概率分布函數(shù)；fSL(z)表示支路視在功率概率密度函數(shù)的離散值。

2 配電網(wǎng)運(yùn)行特性概率指標(biāo)評(píng)估方法

2.1 概率指標(biāo)評(píng)估整體框架

從10 kV線路和配電網(wǎng)系統(tǒng)兩個(gè)層面，選擇電壓合格指標(biāo)、電壓偏差指標(biāo)和線路重載指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估?；靖怕试u(píng)估指標(biāo)經(jīng)過(guò)特征加權(quán)得到10 kV線路層與配電網(wǎng)層的單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，再通過(guò)熵權(quán)法得到整體概率評(píng)估指標(biāo)。各部分的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)概率指標(biāo)評(píng)估方法結(jié)構(gòu)

2.2 基本概率評(píng)估指標(biāo)

2.2.1 節(jié)點(diǎn)電壓合格率

節(jié)點(diǎn)電壓合格率表示配電網(wǎng)特定節(jié)點(diǎn)在特定時(shí)刻的電壓幅值概率分布的量化，以節(jié)點(diǎn)j為例，在t時(shí)刻其節(jié)點(diǎn)電壓合格率指標(biāo)RNU，jt計(jì)算方法如式（5）所示：

式中：FN，j，t(·) 表示節(jié)點(diǎn)j在t時(shí)刻電壓幅值的累積概率分布函數(shù)；Umax和Umin分別表示電壓合格的上限和下限，分別取1.07 p.u.和0.93 p.u.［19］。

2.2.2 節(jié)點(diǎn)電壓偏差指標(biāo)

節(jié)點(diǎn)電壓偏差指標(biāo)表示該節(jié)點(diǎn)電壓與線路根節(jié)點(diǎn)電壓的差值，包括最低電壓、最高電壓差值，具體計(jì)算式如式（6）所示：

式中：RUR，jt和RUD，jt分別表示節(jié)點(diǎn)j在t時(shí)刻的電壓抬升偏差指標(biāo)和電壓降落偏差指標(biāo)；和分別表示t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j的電壓在該節(jié)點(diǎn)概率分布置信區(qū)間I的上界和下界；Uref表示10 kV 線路根節(jié)點(diǎn)電壓幅值。

2.2.3 單段線路重載指標(biāo)

單段線路重載指標(biāo)計(jì)算方法如式（7）所示：

式中：FL，lt(·)表示線路段l在t時(shí)刻的視在功率累積概率分布函數(shù)；Smax，l表示線路的重載功率標(biāo)準(zhǔn)，一般采用線路最大載流量的80%。

2.3 10 kV線路層運(yùn)行特性概率指標(biāo)

為避免10 kV線路在概率指標(biāo)分析時(shí)，大量正常運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)將電壓越限、線路過(guò)載等問(wèn)題數(shù)據(jù)淹沒(méi)，采用特征加權(quán)法有效反映配電網(wǎng)的運(yùn)行問(wèn)題。其權(quán)重結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 10 kV線路單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重選取結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 10 kV線路單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)

1）10 kV線路電壓合格指標(biāo)

由于節(jié)點(diǎn)電壓越限情況與該節(jié)點(diǎn)的注入功率和整條10 kV線路的負(fù)荷大小及分布位置均密切相關(guān)，因此選取電壓越限節(jié)點(diǎn)與線路根節(jié)點(diǎn)的電氣距離和節(jié)點(diǎn)分布式電源的功率滲透率作為特征權(quán)重。

電氣距離的特征權(quán)重通過(guò)節(jié)點(diǎn)到10 kV線路根節(jié)點(diǎn)（上級(jí)變電站10 kV電壓母線）的阻抗確定，具體計(jì)算如式（8）所示：

式中：EN，j表示節(jié)點(diǎn)j到10 kV 首端節(jié)點(diǎn)的電氣距離；Rl和Xl分別表示支路l的電阻與電抗；Lj表示在輻射狀網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)j到根節(jié)點(diǎn)最短聯(lián)通線之間的所有線路段集合。

由于只有節(jié)點(diǎn)分布式電源功率滲透率大于1時(shí)才可能導(dǎo)致過(guò)電壓，因此分布式發(fā)電權(quán)重在功率滲透率小于1時(shí)不應(yīng)當(dāng)賦予過(guò)電壓的權(quán)重，具體計(jì)算如式（9）所示：

式中：EP，jt為中間變量，表示節(jié)點(diǎn)j的倒送功率水平，無(wú)倒送功率時(shí)取1；PDG，jt和PLoad，it分別表示節(jié)點(diǎn)j分布式電源的輸出功率和負(fù)荷功率。

t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j電壓合格率的權(quán)重系數(shù)ωUR，jt計(jì)算如式（10）所示：

式中：EUR，jt為權(quán)重歸一化之前的中間變量；NN表示10 kV線路的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合。

10 kV 線路整體電壓合格指標(biāo)計(jì)算方法如式（11）所示：

式中：上標(biāo)L表示評(píng)估對(duì)象為線路。

2）10 kV線路電壓偏差指標(biāo)

10 kV線路電壓偏差指標(biāo)用于對(duì)置信區(qū)間Ⅰ內(nèi)的線路整體電壓質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算中采用與電壓合格指標(biāo)同樣的權(quán)重進(jìn)行特征加權(quán)，其評(píng)估指標(biāo)可表示為：

3）10 kV配電線路重載指標(biāo)

配電網(wǎng)通常為輻射狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其重載線路主要出現(xiàn)在兩種類型的線路段上：輻射狀網(wǎng)絡(luò)的首端線路段；具有較大倒送功率的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所連接的支路。對(duì)以上兩類線路進(jìn)行特征加權(quán)，得到權(quán)重如式（13）所示：

式中：ωHL，lt表示在計(jì)算10 kV 配電線路重載指標(biāo)時(shí)線路l在t時(shí)刻的權(quán)重；E(·)為期望值運(yùn)算；EHL，lt為中間過(guò)程變量，表示線路l的下級(jí)網(wǎng)絡(luò)中所有負(fù)荷點(diǎn)功率的期望值之和；EDGP，lt表示用于反映線路l兩端節(jié)點(diǎn)功率滲透率水平；NLN，l表示線路l兩端節(jié)點(diǎn)的集合；NLDown，l表示線路l的下級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合。

式中：NL表示10 kV 線路中包含的所有線路段的集合。

2.3.2 10 kV線路整體評(píng)估指標(biāo)

對(duì)1條10 kV線路進(jìn)行綜合評(píng)估時(shí)，需要綜合考慮10 kV線路電壓合格指標(biāo)、電壓偏差指標(biāo)、重載指標(biāo)三方面的影響，通過(guò)對(duì)以上三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)得到10 kV配電線路整體特性的評(píng)估指標(biāo)。熵權(quán)法通過(guò)物理信息熵進(jìn)行權(quán)重分配，將不同指標(biāo)的信息熵水平作為指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。它將對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變化靈敏度更高的指標(biāo)賦予更高的權(quán)重，進(jìn)一步放大不同狀態(tài)之間的差異，因此，非正常運(yùn)行狀態(tài)將被賦予更高的權(quán)重。熵權(quán)法的權(quán)重確定方法計(jì)算步驟如下：

1）評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

為了在同一個(gè)計(jì)算尺度中評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)物理信息熵，需要對(duì)原有指標(biāo)計(jì)算值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。10 kV線路電壓合格指標(biāo)為正向指標(biāo)，即指標(biāo)值越大評(píng)價(jià)越正面；10 kV線路電壓偏差指標(biāo)、線路重載指標(biāo)為負(fù)相關(guān)指標(biāo)，表示指標(biāo)值越大評(píng)價(jià)越負(fù)面。在評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化中，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)的極差化方法如式（15）所示：

式中：RS，kt表示指標(biāo)k在t時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)估指標(biāo)；Rkt表示標(biāo)準(zhǔn)化前的t時(shí)刻評(píng)估指標(biāo)k；Rk表示指標(biāo)k在不同時(shí)段取值的集合；αk表示指標(biāo)k的系數(shù)。

2）物理信息熵

選擇一天中不同時(shí)段作為熵權(quán)法的場(chǎng)景，進(jìn)行運(yùn)行指標(biāo)的物理信息熵計(jì)算，如式（16）所示：

式中：EPIE，k表示指標(biāo)k的物理信息熵；NT表示一天中分析的時(shí)段數(shù)量。

3）熵權(quán)法的權(quán)重計(jì)算

對(duì)不同指標(biāo)的物理信息熵進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以滿足全概率公式約束，如式（17）所示：

2.4 配電網(wǎng)整體運(yùn)行特性概率指標(biāo)

2.4.1 配電網(wǎng)整體線路單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)

在對(duì)一個(gè)配電網(wǎng)進(jìn)行整體指標(biāo)評(píng)估時(shí)，需要綜合考慮多條10 kV線路的指標(biāo)，確定不同線路在指標(biāo)中的權(quán)重。在評(píng)估不同指標(biāo)時(shí)需要考慮到不同評(píng)估對(duì)象的差異，針對(duì)性地配置權(quán)重。

電壓指標(biāo)方面，10 kV線路電壓合格指標(biāo)、電壓偏差指標(biāo)均是對(duì)10 kV線路節(jié)點(diǎn)電壓的評(píng)估，因此采用10 kV線路的節(jié)點(diǎn)數(shù)量作為不同10 kV線路電壓指標(biāo)的特征權(quán)重，如式（19）所示：

線路重載指標(biāo)方面，10 kV線路重載指標(biāo)主要用于反映線路整體的負(fù)荷情況，因此采用線路有功功率總負(fù)荷作為權(quán)重，如式（20）所示：

通過(guò)特征加權(quán)方法對(duì)各10 kV線路單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)加權(quán)，得到配電網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)如式（21）所示：

2.4.2 配電網(wǎng)整體線路整體評(píng)估指標(biāo)

配電網(wǎng)的整體指標(biāo)計(jì)算如式（22）所示：

3 案例分析

3.1 案例基本情況

對(duì)我國(guó)華東地區(qū)某城市某區(qū)實(shí)際案例進(jìn)行分析，該地區(qū)的核心段主要由2 條10 kV 線路供電，分別來(lái)自2個(gè)不同的110 kV變電站：其中，10 kV線路1主干線路長(zhǎng)4.3 km，供電區(qū)域主要為工商業(yè)區(qū)；10 kV線路2主干線路長(zhǎng)2.5 km，供電區(qū)域類型主要為居民區(qū)與其他類型區(qū)域。

以線路1為例，進(jìn)行案例分析。線路1的接線示意圖如圖4所示。圖中藍(lán)色部分為居民區(qū)，黃色部分為工商業(yè)區(qū)（主要以生產(chǎn)單位、企事業(yè)單位等為主），紅色部分代表其他類型區(qū)域，編號(hào)為電氣節(jié)點(diǎn)序號(hào)，其中節(jié)點(diǎn)1為線路1的根節(jié)點(diǎn)。

圖4 案例地區(qū)線路1接線示意

3.2 電動(dòng)汽車(chē)接入前后的概率潮流結(jié)果

3.2.1 電動(dòng)汽車(chē)接入前線路概率潮流結(jié)果

在統(tǒng)計(jì)線路1 上所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在2019 年全年8 760 h 的負(fù)荷后，獲得線路上所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率分布情況。10 kV線路1總視在功率的95%置信區(qū)間如圖5所示。線路1負(fù)荷主要集中在日間工作時(shí)間段，從17：00 開(kāi)始略有下降，在00：00后明顯下降。

圖5 10 kV線路1總功率95%置信區(qū)間分布

3.2.2 電動(dòng)汽車(chē)接入后線路概率潮流結(jié)果

本案例考慮5種不同電池容量和充耗電特性的電動(dòng)汽車(chē)，具體參數(shù)如表2所示，車(chē)輛充滿時(shí)電池SOC（荷電狀態(tài)）為95%。

表2 不同耗能特性車(chē)輛參數(shù)

案例中進(jìn)一步將車(chē)輛類型分為私家車(chē)與出租車(chē)，并根據(jù)實(shí)際情況中私家車(chē)和出租車(chē)的數(shù)量，設(shè)置二者的比例為19：1，相關(guān)充電特性建模參見(jiàn)文獻(xiàn)［20］；電動(dòng)汽車(chē)的單車(chē)充電功率在工商業(yè)區(qū)和其他區(qū)域?yàn)?0 kW，在居民區(qū)為7 kW；采用2種不同的充電模式，分析電動(dòng)汽車(chē)接入數(shù)量的差異對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響，具體參數(shù)如表3所示。

表3 充電模式信息

表3中，電動(dòng)汽車(chē)的即到即充模式是指在車(chē)輛抵達(dá)目的地后即開(kāi)始充電，直至充滿；混合充電模式指在車(chē)輛正常抵達(dá)目的地后根據(jù)SOC 決定是否充電［21］，僅在SOC低于閾值才充電并充滿，結(jié)束一天最后一次出行后采用即到即充模式。由于即到即充模式在電動(dòng)汽車(chē)每到達(dá)一處目的地后均立即開(kāi)始充電，勢(shì)必引起充電負(fù)荷突增；混合充電模式在尚未結(jié)束一天的最后一次出行前，充電負(fù)荷增加程度低于即到即充模式。

電動(dòng)汽車(chē)不同的充電模式對(duì)配電網(wǎng)的整體影響不同，以充電模式1和2為例（保有量為15 000），兩種充電模式下10 kV 配電線路1 的總視在功率95%置信區(qū)間分布情況如圖6所示。

圖6中紅色部分表征電動(dòng)汽車(chē)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，電動(dòng)汽車(chē)充電功率主要分布時(shí)段與工作時(shí)段一致。即到即充模式的車(chē)輛充電負(fù)荷分布在全天的各個(gè)時(shí)段內(nèi)；混合充電模式的車(chē)輛在夜班抵達(dá)工商業(yè)區(qū)或回到居民區(qū)后開(kāi)始充電，因此主要集中在一天中的后半時(shí)間段。

圖6 10 kV線路1總視在功率95%置信區(qū)間分布

3.3 電動(dòng)汽車(chē)接入前后配電網(wǎng)運(yùn)行概率指標(biāo)評(píng)估

3.3.1 電動(dòng)汽車(chē)接入前配電網(wǎng)運(yùn)行概率指標(biāo)

10 kV線路1的基本概率指標(biāo)和指標(biāo)計(jì)算結(jié)果分別如圖7 和圖8 所示。當(dāng)不考慮電動(dòng)汽車(chē)接入時(shí)，線路1無(wú)電壓越限問(wèn)題，10 kV線路電壓合格指標(biāo)取值為1；電壓降落95%置信區(qū)間內(nèi)最大壓降偏移相對(duì)較??；線路1 在節(jié)點(diǎn)1—節(jié)點(diǎn)5 之間的線路段存在一定的重載風(fēng)險(xiǎn)，其中節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間的線路段1在12：00有2.386%的概率重載。

圖7 10 kV線路1基本概率指標(biāo)

圖8 10 kV線路1現(xiàn)狀評(píng)估指標(biāo)

3.3.2 電動(dòng)汽車(chē)接入后配電網(wǎng)運(yùn)行概率指標(biāo)

1）10 kV線路電壓合格指標(biāo)

由于線路負(fù)荷相對(duì)較小且供電半徑有限，無(wú)明顯低電壓現(xiàn)象；線路上級(jí)變電站10 kV母線電壓較高，且線路無(wú)倒送功率負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，因此也不存在過(guò)電壓現(xiàn)象。線路1在不同充電模式下均未出現(xiàn)電壓越限問(wèn)題。

2）10 kV線路電壓偏差指標(biāo)

10 kV 線路1 電壓偏差指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如圖9 所示，其中充電模式中括號(hào)內(nèi)數(shù)值表示電動(dòng)汽車(chē)保有量。電壓偏差指標(biāo)在不同的充電模式下差別較小，指標(biāo)較大的時(shí)段主要集中在10：00—12：00，對(duì)應(yīng)圖6中負(fù)荷水平較高的時(shí)段，此時(shí)線路電壓偏差指標(biāo)超過(guò)0.05 p.u.。

圖9 10 kV線路1電壓偏差指標(biāo)變化情況

3）10 kV線路重載指標(biāo)

10 kV 線路1 重載指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如圖10 所示。線路過(guò)載時(shí)段主要集中在10：00—12：00，即到即充模式對(duì)該指標(biāo)的影響較大，且電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加會(huì)進(jìn)一步惡化線路重載指標(biāo)：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)保有量為15 000 時(shí)，12：00 的重載指標(biāo)為0.148 5，較無(wú)電動(dòng)汽車(chē)接入時(shí)的峰值0.023 9 增大了521.3%；與即到即充模式相比，混合充電模式下電動(dòng)汽車(chē)保有量對(duì)指標(biāo)的影響較小，電動(dòng)汽車(chē)保有量為15 000 時(shí)的線路重載指標(biāo)比電動(dòng)汽車(chē)保有量為5 000時(shí)僅增加30.84%。

圖10 10 kV線路1線路重載指標(biāo)變化情況

4）10 kV線路整體概率評(píng)估指標(biāo)

10 kV線路1整體指標(biāo)在不同充電模式下的計(jì)算結(jié)果如圖11 所示。凌晨至夜間時(shí)段，不同的充電模式下指標(biāo)差異較??；午間即到即充模式相對(duì)于混合充電模式出現(xiàn)了更明顯的指標(biāo)下降，表明即到即充模式下電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷會(huì)顯著影響線路整體指標(biāo)，其影響也會(huì)隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的增大而加劇。

圖11 10 kV線路1線路整體指標(biāo)

3.4 案例對(duì)比

傳統(tǒng)評(píng)估方法和本文方法的指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表4 所示。從表4 中可以看出，與傳統(tǒng)方法相比，本文所提方法得到的電壓偏差指標(biāo)值和線路重載指標(biāo)值顯著增大，能夠更有效地反映電動(dòng)汽車(chē)大量接入后線路存在的電壓偏差過(guò)大、線路過(guò)載等風(fēng)險(xiǎn)。此外，隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加，線路電壓偏差指標(biāo)和線路重載指標(biāo)峰值都大幅增高。

表4 傳統(tǒng)方法與本文方法的對(duì)比

4 結(jié)論

本文圍繞電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行特性各項(xiàng)指標(biāo)的影響進(jìn)行了量化分析，得到結(jié)論如下：

1）對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入前后的配電網(wǎng)潮流進(jìn)行概率潮流計(jì)算，能夠使配電網(wǎng)運(yùn)行特性的各項(xiàng)概率評(píng)估指標(biāo)得到全面準(zhǔn)確的反映。

2）以概率潮流的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，提出了基于特征加權(quán)的配電網(wǎng)運(yùn)行特性概率指標(biāo)評(píng)估方法，從10 kV線路層和配電網(wǎng)整體兩個(gè)層面評(píng)估了配電網(wǎng)運(yùn)行中節(jié)點(diǎn)電壓越限情況、電壓偏差水平和線路重載水平。選取一處實(shí)際電網(wǎng)案例進(jìn)行分析，結(jié)果表明，特征加權(quán)方法提高了評(píng)估指標(biāo)反映運(yùn)行問(wèn)題的有效性，并通過(guò)熵權(quán)法降低了人為主觀因素的影響，有助于解決電動(dòng)汽車(chē)接入后配電網(wǎng)的不正常運(yùn)行狀態(tài)不能得到準(zhǔn)確有效反映的問(wèn)題。