一种基于配电网约束的电动汽车充电设施规划决策方法与流程

本发明涉及大数据分析，尤其涉及一种基于配电网约束的电动汽车充电设施规划决策方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车保有量持续增长、公共补能需求快速提升以及城市配电网承载压力不断加大，针对电动汽车充电设施建设位置、建设规模和接入方案的规划决策技术受到广泛关注。现有的充电设施规划方法主要依赖车辆保有量、历史充电订单、停车资源分布或人工经验进行选址定容，并在后期由配电网运维人员对接入条件进行校核，但是在实际应用中普遍存在以下问题：

2、充电需求、停车资源、现有充电设施运行状态和配电网运行数据来源分散，数据编码、空间位置和时间基准不一致，现有方法难以将候选建设场址、充电需求区域和配电网接入节点统一关联，导致规划结果与实际接入条件脱节；传统规划方法多以需求覆盖率或建设成本为主要目标，缺少对配变容量裕度、馈线负载率、电压偏差、线路载流量和接入距离等配电网约束的同步考虑，容易造成部分高需求区域重复建设或接入后出现配变过载、馈线重载和电压越限问题；现有优化方法通常直接对全部候选方案进行求解，未充分利用接入可行性校核结果对规划可行域进行收缩，导致无效方案参与优化计算，规划求解效率低，且难以同步输出建设方案、接入方案、配电网改造需求和实施优先级，影响电动汽车充电设施与配电网协同规划决策的准确性。

3、因此，如何提供一种基于配电网约束的电动汽车充电设施规划决策方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于配电网约束的电动汽车充电设施规划决策方法，本发明采用场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型与改进misocp模型相结合的方法，通过对充电需求、建设资源、现有设施运行状态和配电网约束特征进行统一建模，构建候选充电设施场址、需求空间单元和电网接入节点之间的关联关系，实现充电设施建设位置、建设规模、设施类型、接入节点和配电网改造方式的联合优化；在此基础上，通过接入可行性校核与可行域收缩机制，提前剔除不满足接入容量、供电路径和运行安全边界要求的候选方案，减少无效优化搜索，提高规划求解效率，使最终规划结果同时满足充电服务需求和配电网安全运行要求，具有规划准确性高、接入可行性强、建设冗余少以及适用于城市充电设施协同规划的优点。

2、根据本发明实施例的一种基于配电网约束的电动汽车充电设施规划决策方法，包括如下步骤：

3、s1、采集目标区域内与电动汽车充电设施规划相关的多源规划数据，对所述多源规划数据进行统一处理，生成充电设施规划原始数据集；

4、s2、对所述充电设施规划原始数据集进行标准化处理，并提取充电需求特征、建设资源特征、现有设施特征和配电网约束特征，生成充电设施规划特征集；

5、s3、根据所述充电设施规划特征集对目标区域内的可建设空间进行筛选，生成候选充电设施场址集合；

6、s4、根据所述候选充电设施场址集合和所述充电设施规划特征集，确定充电需求分布信息和配电网接入条件，并构建场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型，生成规划约束关联结果；

7、s5、根据所述规划约束关联结果，对候选充电设施场址的接入能力、供电路径和运行安全边界进行接入可行性校核，生成候选充电设施规划方案集合；

8、s6、将所述候选充电设施规划方案集合输入改进misocp模型，通过所述改进misocp模型对建设位置、建设规模、设施类型、接入节点和配电网改造方式进行联合优化，生成充电设施规划优化结果；

9、s7、根据所述充电设施规划优化结果，确定电动汽车充电设施的建设方案、接入方案、配电网改造需求和实施优先级，生成电动汽车充电设施规划决策信息。

10、可选的，所述s1具体为：

11、获取目标区域内的充电需求预测数据、车辆出行数据、停车资源数据、建设资源数据、现有充电设施运行数据、配电网基础数据、配电网运行数据和规划建设数据，生成多源规划数据；

12、读取所述多源规划数据中的区域归属信息、场址归属信息、设施归属信息、设备归属信息和供电归属信息，并按照预设编码规则进行统一编码，生成统一标识结果；

13、根据所述多源规划数据中的位置描述信息、空间坐标信息、供电范围信息和配电网接入位置信息，对充电需求发生区域、停车资源位置、建设资源位置、现有充电设施位置和配电网接入节点位置进行空间位置标定，生成空间标定结果；

14、根据所述多源规划数据中的需求预测时间、车辆出行时间、停车记录时间、充电设施运行时间、配电网运行采集时间和规划建设时间进行时间基准统一，生成时间标记结果；

15、将所述统一标识结果、所述空间标定结果和所述时间标记结果写入所述多源规划数据，并按照数据来源、区域归属、空间位置和时间标记进行关联整理，生成充电设施规划原始数据集。

16、可选的，所述s2具体为：

17、读取所述充电设施规划原始数据集中的统一标识结果、空间标定结果、时间标记结果和规划关联字段，生成待处理规划数据集；

18、对所述待处理规划数据集进行字段完整性校验、重复记录合并、异常记录筛选和格式统一处理，生成有效规划数据集；

19、根据统一数据格式和统一时间粒度，对所述有效规划数据集进行标准化转换，并按照所述统一标识结果、所述空间标定结果和所述时间标记结果进行时空对齐，生成标准化规划数据集；

20、根据所述标准化规划数据集中的充电需求预测数据和车辆出行数据提取充电需求特征，根据所述标准化规划数据集中的停车资源数据和建设资源数据提取建设资源特征；

21、根据所述标准化规划数据集中的现有充电设施运行数据提取现有设施特征，根据所述标准化规划数据集中的配电网基础数据、配电网运行数据和规划建设数据提取配电网约束特征；

22、将所述充电需求特征、所述建设资源特征、所述现有设施特征和所述配电网约束特征进行归一化处理和关联整理，生成充电设施规划特征集。

23、可选的，所述s3具体为：

24、读取所述充电设施规划特征集中的充电需求特征、建设资源特征、现有设施特征和配电网约束特征，生成场址筛选输入数据；

25、根据所述建设资源特征确定目标区域内可用于电动汽车充电设施建设的空间单元，并根据土地利用状态、停车承载能力、建设限制条件和空间可达性对所述空间单元进行初步筛选，生成初始可建设空间集合；

26、根据所述充电需求特征确定所述初始可建设空间集合对应的充电需求强度和服务覆盖范围，并剔除充电需求强度不满足预设规划要求的空间单元，生成需求适配空间集合；

27、根据所述现有设施特征确定所述需求适配空间集合与现有充电设施之间的服务重叠状态，并剔除服务重叠程度超过预设阈值且不具备新增建设必要性的空间单元，生成候选建设空间集合；

28、根据所述配电网约束特征对所述候选建设空间集合进行基础接入条件筛选，并将满足基础接入条件的候选建设空间确定为候选充电设施场址，生成候选充电设施场址集合。

29、可选的，所述s4具体为：

30、读取所述候选充电设施场址集合，并从所述充电设施规划特征集中提取充电需求特征和配电网约束特征；

31、根据所述充电需求特征确定目标区域内不同空间单元对应的充电需求强度、需求服务范围和需求时段分布，生成充电需求分布信息；

32、根据所述配电网约束特征确定候选接入节点、供电路径、容量裕度、电压裕度和线路负载裕度，生成配电网接入条件；

33、以所述候选充电设施场址集合中的候选充电设施场址作为场址节点，以所述充电需求分布信息对应的需求空间单元作为需求节点，以所述配电网接入条件对应的候选接入节点作为电网节点，构建规划关联节点集合；

34、根据所述候选充电设施场址与所述需求空间单元之间的空间覆盖关系和需求匹配关系，建立场址需求关联关系；

35、根据所述候选充电设施场址与所述候选接入节点之间的接入距离、供电路径和接入容量匹配状态，建立场址接入关联关系；

36、根据所述候选接入节点对应的容量裕度、电压裕度和线路负载裕度，建立配电网约束关联关系；

37、将所述规划关联节点集合、所述场址需求关联关系、所述场址接入关联关系和所述配电网约束关联关系进行耦合建模，构建场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型；

38、根据所述规划约束关联模型，输出候选充电设施场址对应的需求覆盖结果、接入匹配结果和配电网约束匹配结果，生成规划约束关联结果。

39、可选的，所述将所述规划关联节点集合、所述场址需求关联关系、所述场址接入关联关系和所述配电网约束关联关系进行耦合建模，构建场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型具体为：

40、对所述规划关联节点集合中的场址节点、需求节点和电网节点进行节点类型标注，生成规划节点类型标注结果；

41、对所述场址需求关联关系、所述场址接入关联关系和所述配电网约束关联关系进行关系类型标注，生成规划关系类型标注结果；

42、根据所述规划节点类型标注结果和所述规划关系类型标注结果，构建包括场址层、需求层和电网层的三层规划关联结构；

43、根据所述场址需求关联关系，将所述场址层中的场址节点与所述需求层中的需求节点进行连接，生成场址需求耦合子结构；

44、根据所述场址接入关联关系，将所述场址层中的场址节点与所述电网层中的电网节点进行连接，生成场址接入耦合子结构；

45、根据所述配电网约束关联关系，将所述电网层中的电网节点与对应的容量裕度、电压裕度和线路负载裕度进行约束绑定，生成电网约束耦合子结构；

46、将所述场址需求耦合子结构、所述场址接入耦合子结构和所述电网约束耦合子结构进行统一索引，生成场址需求接入约束耦合结构；

47、根据所述场址需求接入约束耦合结构，确定每个候选充电设施场址对应的需求覆盖状态、接入匹配状态和配电网约束状态，构建场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型。

48、可选的，所述s5具体为：

49、读取所述规划约束关联结果中的需求覆盖结果、接入匹配结果和配电网约束匹配结果，生成接入可行性校核输入数据；

50、根据所述接入可行性校核输入数据确定各候选充电设施场址对应的候选接入节点、可接入容量和接入距离，生成接入能力校核结果；

51、根据所述接入匹配结果确定各候选充电设施场址与候选接入节点之间的供电线路、上级配变、关联馈线和供电层级，生成供电路径校核结果；

52、根据所述配电网约束匹配结果确定各候选接入节点对应的容量裕度、电压裕度、线路负载裕度和供电可靠性状态，生成运行安全边界校核结果；

53、根据所述接入能力校核结果、所述供电路径校核结果和所述运行安全边界校核结果，对不满足接入容量、接入距离、供电路径连通性和运行安全边界要求的候选充电设施场址进行剔除，生成可行候选场址集合；

54、根据所述可行候选场址集合，确定各可行候选场址对应的可接入节点、可建设容量范围、可选充电设施类型和接入约束状态，生成候选充电设施规划方案；

55、将各可行候选场址对应的候选充电设施规划方案进行汇总，生成候选充电设施规划方案集合。

56、可选的，所述s6具体为：

57、读取所述候选充电设施规划方案集合中的可行候选场址、可接入节点、可建设容量范围、可选充电设施类型和接入约束状态，生成规划优化输入数据；

58、根据所述规划优化输入数据确定建设位置变量、建设规模变量、设施类型变量、接入节点变量和配电网改造方式变量，生成优化决策变量集合；

59、根据所述规划优化输入数据中的充电需求特征、建设资源特征、现有设施特征和配电网约束特征，生成规划优化目标集合；

60、根据所述接入约束状态、所述可接入节点和所述可建设容量范围，生成配电网约束条件集合；

61、将所述优化决策变量集合、所述规划优化目标集合和所述配电网约束条件集合输入改进misocp模型；

62、通过所述改进misocp模型对建设位置、建设规模、设施类型、接入节点和配电网改造方式进行联合求解，生成满足配电网约束条件的目标规划方案；

63、根据所述目标规划方案确定各可行候选场址对应的建设状态、建设容量、充电设施配置结果、接入节点选择结果和配电网改造方式，生成充电设施规划优化结果。

64、可选的，所述将所述优化决策变量集合、所述规划优化目标集合和所述配电网约束条件集合输入改进misocp模型具体为：

65、所述改进misocp模型包括规划输入模块、变量编码模块、目标构建模块、二阶锥约束转化模块、可行域收缩模块、联合求解模块和结果输出模块；

66、通过所述规划输入模块读取所述优化决策变量集合、所述规划优化目标集合和所述配电网约束条件集合，并提取建设位置变量、建设规模变量、设施类型变量、接入节点变量、配电网改造方式变量、规划优化目标和配电网运行约束；

67、通过所述变量编码模块对所述建设位置变量、所述设施类型变量、所述接入节点变量和所述配电网改造方式变量进行整数变量编码，并对所述建设规模变量进行连续变量编码，生成混合整数决策变量集；

68、通过所述目标构建模块根据所述规划优化目标集合构建包含需求覆盖目标、建设成本目标、接入改造成本目标、配电网安全裕度目标和设施利用效率目标的多目标规划函数集；

69、通过所述二阶锥约束转化模块对所述配电网约束条件集合中的电压安全约束、线路容量约束和配变容量约束进行二阶锥约束转化，并将接入容量约束、供电路径约束和接入距离约束作为混合整数约束嵌入，生成二阶锥约束条件；

70、通过所述可行域收缩模块根据所述候选充电设施规划方案集合中的接入约束状态，对不满足接入可行性校核要求的建设位置变量、接入节点变量和建设规模变量进行可行域收缩，生成收缩后规划可行域；

71、通过所述联合求解模块将所述混合整数决策变量集、所述多目标规划函数集、所述二阶锥约束条件和所述收缩后规划可行域进行联合求解，生成优化求解结果；

72、通过所述结果输出模块根据所述优化求解结果输出建设位置取值、建设规模取值、设施类型取值、接入节点取值和配电网改造方式取值。

73、可选的，所述s7具体为：

74、读取所述充电设施规划优化结果中的建设位置取值、建设规模取值、设施类型取值、接入节点取值和配电网改造方式取值，生成规划决策输入数据；

75、根据所述建设位置取值和所述建设规模取值，确定目标区域内电动汽车充电设施的推荐建设位置和推荐建设容量，生成建设方案；

76、根据所述设施类型取值，确定各推荐建设位置对应的充电设施类型、设施配置数量和服务对象范围，生成设施配置结果；

77、根据所述接入节点取值，确定各推荐建设位置对应的接入电源点、接入线路和供电路径，生成接入方案；

78、根据所述配电网改造方式取值，确定配变增容、线路改造、接入点扩展和保护配置调整对应的改造内容，生成配电网改造需求；

79、根据所述建设方案、所述接入方案、所述设施配置结果和所述配电网改造需求，对目标区域内各推荐建设位置进行实施顺序排序，生成实施优先级；

80、将所述建设方案、所述接入方案、所述设施配置结果、所述配电网改造需求和所述实施优先级进行组合，生成电动汽车充电设施规划决策信息。

81、本发明的有益效果是：本发明通过场址需求与配电网约束耦合的规划约束关联模型与改进misocp模型的串联集成，针对电动汽车充电设施规划中存在的多源规划数据分散、候选场址与配电网接入条件脱节以及传统优化求解效率低的问题，采用统一编码、空间标定和时间对齐方式，对充电需求预测数据、停车资源数据、现有充电设施运行数据和配电网运行数据进行标准化处理，实现充电需求、建设资源、现有设施和配电网约束特征的统一表达；在场址关联环节构建包括场址层、需求层和电网层的三层规划关联结构，将候选充电设施场址、需求空间单元和电网接入节点进行耦合建模，通过场址需求关联关系、场址接入关联关系和配电网约束关联关系同步表征需求覆盖状态、接入匹配状态和配电网约束状态；针对传统方法重需求轻接入、容易造成配变过载和馈线重载的问题，本发明在接入可行性校核过程中结合接入容量、供电路径连通性、容量裕度、电压裕度和线路负载裕度剔除不可行候选方案；在规划优化环节，通过改进misocp模型引入可行域收缩模块和配电网运行约束嵌入机制，对建设位置、建设规模、设施类型、接入节点和配电网改造方式进行联合求解，减少无效搜索空间，提高规划求解效率，最终实现电动汽车充电设施建设方案、接入方案、配电网改造需求和实施优先级的协同输出。