（1.国网山西省电力公司 山西太原 030001；2.国网山西省信通公司 山西太原 030001）
摘要：近年来，我国的电动汽车发展迅速。本文提出了一种基于电动汽车无功补偿的电压调控策略，该策略通过有效调节充电机的运行功率因数，对节点进行无功补偿的同时改变充电有功功率，从而在保证节点电压安全稳定的同时又不降低配电网经济性。
关键词：电动汽车；充电机运行功率因数；无功补偿；电压调控模型；充电机运行特性；出行行为特性
引言
随着能源枯竭以及环境持续恶化，电动汽车逐渐成为热点，国内一二线城市电动汽车的使用也日益普及，具有随机性、分散性特点的电动汽车充电负荷将成为一种新型负荷，极易造成峰上加峰，在负荷峰值时段引起配电网节点电压偏离标称电压程度更加严重，甚至使某些接入电动汽车的节点电压偏离标称电压程度超出允许范围，对配电网的安全稳定运行造成威胁。本文提出了基于电动汽车无功补偿的配电网节点电压调控策略，通过对充电机运行功率因数进行调节，实现对接入节点的无功补偿。
1无序充电行为对配电网的影响及电动汽车可调控性分析
本文以北京某工作区域内工作日车辆出入数据为基础，以15ｍｉｎ为间隔，分别统计某月份的驶入时刻、离开时刻和停车时长的概率分布，结果如图1所示，驶入时刻在08：00左右和14：15左右存在两次高峰，离开时刻在12：00左右和18：00左右存在两次高峰，停车时长大多在6ｈ以下。考虑到二维概率分布无法反映出各个驶入时段的车辆的停车时长分布特征，故需要进行三维概率特性分析。
2．4充电机运行特性验证
式（6）是由式（4）推导得出的拐点计算公式。将附录Ａ表Ａ1中节点3与节点7之间的Ｒ和Ｘ值代入式（6）中计算得到感性运行模式时的拐点为0．8854，对照图2（ａ）可以看出，虽然式（4）中进行了近似处理，但推导得到的式（6）对于只给定低压线路参数时的拐点的快速计算具有准确性。
3基于电动汽车无功补偿的电压调控模型及求解
3．1基于电动汽无功补偿的电压调控模型
①在每个充电桩上安装用户充电信息采集仪，用于读入每时刻荷电状态信息及时刻信息、电池容量、充电机容量，用户自行输入预计离开时刻和充电目标荷电状态；②在接有电动汽车充电桩的变压器下各支路安装配电网信息采集仪，用于采集各时刻有功和无功负荷值及线路电阻值、线路电抗值。将采集到的各类信息数据通过无线传输等手段传递到后台规划室，在后台系统中进行优化计算。
3．2可调控电动汽车充电机运行功率因数的可调控范围计算
区间1和区间2的计算方法可归纳如下。1）区间1计算：根据式（8）计算假设下一时刻到预计离开时刻充电机均处于状态1（正常充电）时，当前时刻到下一时刻至少需要充入的荷电状态量，若该值大于0，说明即使下一时刻到预计离开时刻该电动汽车均处于正常充电状态，也不能满足充电需求，因此当前时刻需要对充电机的运行功率因数设定下限值（最低运行功率因数限值），进而根据式（9）计算该下限值，故区间1设定为最低运行功率因数到1。若式（8）计算结果小于0，说明当前时刻无需设定下限值，此时区间1为0到1。
式中：Ｔｎｏｗ为当前时刻；Ｔｎｅｘｔ为下一时刻；Ｔｅｎｄ为预计离开时刻；ΔＳＳＯＣ为当前时刻到下一时刻至少需要充入的荷电状态量；ｃｏｓθｍｉｎ为最低运行功率因数。
3．3电压优化调控策略的制定及求解
本文电压调控模型的优化变量为各时刻每台电动汽车充电机的运行功率因数值。优化目标为：①当前时刻节点电压与额定值偏差最小，电压采用标幺值形式；②当前时刻及之前所有时刻电压方差最小，电压采用标幺值形式；③当前时刻到下一时刻每台有充电需求的可调控部分的电动汽车充入的荷电状态量最大。
式中：ｉ表示有可调控电动汽车接入的第ｉ个节点，本文称之为可调控节点，如上文所述，由于每个可调控节点优化目标的制定均需要考虑三方面，因此总目标函数的项数应为可调控节点数量的3倍；ｋ表示可调控节点数量；Ｖｉ（ｔ）为时刻ｔ的第ｉ个可调控节点处电压标幺值；ｆｖａｒ（•）为求方差函数；Ｖｉ（ｔ）为时刻1到ｔ的第ｉ个可调控节点处电压标幺值组成的行向量；ΔＳＳＯＣｉ（ｔ）为第ｉ个可调控节点处的所有可调控部分仍有充电需求的电动汽车ｔ时刻充入的荷电状态量；λ3ｉ－2，λ3ｉ－1，λ3ｉ为权重系数，根据电压状况确定各系数大小，当电压偏离标称电压程度较严重时需要多考虑配电网节点电压，反之则多考虑用户充电。其中，式（10）中第3ｉ个目标函数的处理方案为：
式中：ｎ为第ｉ个可调控节点ｔ时刻可调控且有充电需求的电动汽车台数；ΔＳＳＯＣｉ，ｊ（ｔ）为ｔ时刻第ｉ个可调控节点第ｊ台可调控且有充电需求的电动汽车充入的荷电状态量；λ3ｉ，ｊ为第ｊ台可调控且有充电需求的电动汽车分得的λ3ｉ的量。等式约束条件，即节点潮流约束为：
式中：ΔＰｉ和ΔＱｉ分别为节点ｉ的有功和无功潮流变化量；ＰＧｉ和ＱＧｉ分别为节点ｉ上发电机的有功和无功出力，本文不涉及该方面；ＰＬｉ和ＱＬｉ分别为节点ｉ上常规负荷有功和无功功率；ＰＥＶｉ和ＱＥＶｉ分别为节点ｉ上充电负荷有功功率和充电机贡献的无功功率；Ｖｉ和Ｖｍ分别为节点ｉ与节点ｍ的电压幅值；δｉｍ为节点ｉ和节点ｍ之间的电压相角差；Ｇｉｍ和Ｂｉｍ分别为节点导纳矩阵的实部和虚部；ｉ∈ｍ表示所有与节点ｉ相连的节点。
结语
本文针对大规模电动汽车充电负荷对所接入节点的电压安全问题，提出了一种基于电动汽车无功补偿的配电网节点电压调控策略，通过调节充电机的运行功率因数实现对节点进行无功补偿的同时改变充电有功功率。本文现阶段仅针对电动汽车参与无功补偿的节点电压调控策略与调控效果展开了研究，但车主参与无功补偿势必会延长充电时长，因此需要适当的激励措施来提高车主参与无功补偿的响应率。
参考文献：
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[2]宫鑫，林涛，苏秉华．插电式混合电动汽车充电对配电网的影响[J]．电网技术，2012，36（11）：30-35．
论文作者:任建云1,李亚丽2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：节点论文; 电压论文; 时刻论文; 电动汽车论文; 功率因数论文; 充电机论文; 配电网论文; 《电力设备》2017年第35期论文;