电气工程

含电动汽车充电负荷和风电的电力系统动态概率特性分析

蔡德福，钱斌，陈金富，等

摘要：目的：随着能源危机和环境污染等问题的日益凸现，充分利用可再生能源发电并积极开展节能减排活动已成为世界性共识。风电和电动汽车作为电力工业和汽车工业发展的主攻方向，将得到大规模的应用。电动汽车充电负荷和风电出力不仅在某一时刻具有随机性，而且在某一时段具有时变性和波动性，其大规模并网将对电力系统的运行状态产生重要影响。研究含电动汽车充电负荷和风电的电力系统动态概率特性对于更为全面地掌握电力系统运行状况具有重要意义。为了掌握含电动汽车充电负荷和风电的电力系统潮流运行特性，进而为电网调度运行提供指导。方法：分析了影响电动汽车充电负荷特性的主要因素，通过统计分析全美家用车辆调查数据，建立了电动汽车用户行驶特性数学模型，结合电动汽车充电控制策略和发展规模建立了N 台电动汽车某一时刻有功需求的期望值计算模型；基于变异系数建立了电动汽车充电负荷、风电出力和基础负荷的动态概率模型；采用基于半不变量和Gram-Charlier 级数的概率潮流算法研究了含电动汽车充电负荷和风电的电力系统动态概率特性；以IEEE 30 节点系统为例分析了5 种不同情形下电力系统支路潮流和节点电压的运行特性。结果：以IEEE 30 节点系统为例分析了含电动汽车充电负荷和风电的电力系统动态概率特性，电动汽车充电负荷和风电接入到节点26。（1）随机充电控制策略 下，电动汽车开始充电时间主要集中在13︰00 到22︰00时段，考虑到电动汽车的充电时长，电动汽车充电负荷主要集中于17︰00 至次日2︰00 时段，与该时段基础负荷相互叠加，进而增加了节点负荷功率需求，使得支路25-26 有功输送和线路压降增加及节点26 电压降低。（2）延时充电控制策略下，通过设定电动汽车充电起始时刻，可在基础负荷较小时段对电动汽车进行充电，而在基础负荷较大时段少充电。（3）风电的接入能降低节点26 的等效负荷需求，从而减小支路25-26 有功输送，并提升节点26 电压水平。风电白天出力小晚上出力大的反调节特性使其对夜间系统运行特性的影响更为显著。（4）支路25-26 有功的概率分布特性具有时变性，且其波动特性与期望值呈正相关，即期望值越大，其波动范围和波动程度越大。（5）节点26 电压的概率分布特性也具有时变性，且其波动特性与期望值呈负相关，即期望值越大，其波动范围和波动程度越小。（6）风电接入对节点电压概率分布特性有较大影响，在提升节点电压水平的同时也增加了节点电压的波动特性。结论：基于变异系数建立了电动汽车充电负荷、风电出力和基础负荷的动态概率模型，分析了不同情形下系统的动态概率特性。（1）动态概率模型可计及电动汽车充电负荷、风电出力和基础负荷的随机性、时变性和波动性，因而能更为全面地得到系统支路潮流和节点电压的分布状况。（2）电动汽车充电负荷和风电出力对系统潮流运行特性有重要影响。不同电动汽车充电控制策略会影响电动汽车充电负荷的分布特性，进而影响系统运行状况。风电并网能减小节点等效负荷需求，提升节点电压水平，同时也增加了其波动性，且风电白天出力小晚上出力大的反调节特性使其对夜间系统运行特性的影响更为显著。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(3): 590-596

入选年份：2017