本发明属于电动汽车充电站，尤其涉及一种电动汽车充电站规划方法。
背景技术：
1、随着我国“碳达峰、碳中和”发展目标的提出，新能源发电在能源结构中的地位逐渐提升，交通电气化成为重要趋势。电动汽车(e lectr ic veh ic le,ev)作为新能源汽车的代表，其推广使用与充电基础设施建设是实现双碳目标的关键环节，充电基础设施的优化布局不仅需要确保电网能够承受日益增长的电动汽车充电负荷，同时也应保证充电站运营商的经济利益和用户的充电便利性。
2、ev充电站规划通常是一个面向多主体的优化问题，其目的是要满足ev用户侧、ev充电站运营商侧以及电网侧等多个主体的利益。这就要对不同主体的行为进行精确描述，并且在多个主体间达到一个利益平衡。目前在ev充电站规划领域，国内外学者的研究可概括为以下几方面：ev充电需求预测方法；规划目标的主体建模、充电设施的分类及优化、不同场景下的约束条件制定，以及求解算法的创新与改进等。
3、v2g(veh ic le-to-gr id)技术的出现为ev充电站的规划提出了新思路。在构建新型电力系统的过程中，ev可凭借v2g技术作为灵活可调度的分布式电源。该技术在应对气候变化、极端天气时保障电网正常运行，提升电网韧性，同时在推动能源结构低碳化发展以及保障能源安全等方面具有重要意义。
4、尽管传统的ev充电站规划方法已经在这些领域取得了诸多进展，但随着电力系统向低碳转型的推进，ev充电站的规划方法亦需不断创新以适应新的发展需求。目前针对ev充电站规划的研究往往还是围绕着ev充电站规划过程的某个部分进行深入，且均为正常场景，对于ev的v2g技术在参与极端天气等导致的电网故障场景下的系统韧性提升环节研究尚且不够充分，特别是当电网与通信网耦合，作为一个配电信息物理系统(cyber-phys ical system,cps)时，面对故障场景下调度至充电站中的ev可以作为电源对整个系统进行恢复的充电站规划研究尚且不足。
技术实现思路
1、针对现有技术难题，本发明针对现有ev充电站规划上的不足，提出了面向信息物理系统韧性提升的电动汽车充电站规划方法。针对运营商与用户利益，首先在一般场景下实现ev充电站的规划。其次考虑到在故障场景下通信网侧与电网侧的耦合关系，即电网对通信节点供电，通信网对电网远程控制开关(r-emote contro l switch,rcs)的开断进行控制以实现对故障区域的隔离，将韧性提升全过程划分为故障前预配置阶段，故障发生时的退化阶段与故障发生后的服务恢复阶段，并在此过程中将有v2g意愿的ev调至充电站，对非故障区域进行供电，实现负荷正常运行，以提升配电cps韧性。最终给出同时考虑一般与故障场景下的ev充电站规划结果。
2、为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案
3、一种电动汽车充电站规划方法，所述方法基于配电站信息物理系统数据网络、数据采集模块、正常运行阶段充电站建模、故障应急处理阶段充电站建模；其中：
4、所述数据采集模块根据配电站信息物理网络的参数建立充电站初期通信网、电网之间相互耦合关系；
5、所述正常运行阶段充电站建模根据充电站初期通电网之间耦合关系平衡市场运营与用户需求构建新型充电站；
6、所述故障应急处理充电站建模用于配电信息物理系统出现故障时调动电动汽车与应急发电车向电网供电；所述故障应急处理充电站建模包括预配置阶段、退化阶段和服务恢复阶段；其中:
7、在预配置阶段，电网侧通过远程控制开关、手动开关同时将电网中成环的网络打开，运营商切断正在充电的电动汽车；同时，远程调度电动汽车、应急发电车向电网与通信网供电；在退化阶段，通过判断电网节点故障以及电网节点故障后对通信节点及其路由造成的影响，决定通信网是否能对电网远程控制开关继续控制；
8、在服务恢复阶段，若电网中远程控制开关能够继续受通信侧控制，则远程控制开关会根据故障传播的情况继续动作将故障隔离；同时通信网远程调度电动汽车、应急发电车向非故障区域供电。
9、进一步地，在预配置阶段，电网侧通过远程控制开关、手动开关同时将电网中成环的网络打开，运营商切断正在充电的电动汽车；同时，远程调度电动汽车、应急发电车向电网与通信网供电过程；包括：
10、通过如下约束条件对位置约束电网节点耦合的通信节点ups供电确保充电站在同一位置：
11、
12、其中：nc表示通信节点；ng表示电网节点；lev,j表示ev充电站在电网节点的位置；lups,i表示ups在通信节点的位置；
13、通过如下约束调节对应急发电车数量约束：
14、
15、其中：f表示不同种类故障；megk表示第k种故障情况下的应急发电车数量；megmax表示可调度应急发电车的最大数量；
16、通过如下约束条件对配电网络拓扑约束：
17、
18、其中：loop表示电网中所含有的环的集合；lg,i,j,l表示第l个环的连接情况，它是一个33阶的方阵，假设i为矩阵的行，j为矩阵的列，当且仅当i小于j时，元素为1代表i与j两节点之间有连接，当i大于j时，即使i与j有连接，元素仍置0；spre,i,j,k表示预配置阶段线路开闭情况，在最终求解结束后可以查看，假设i为矩阵的行，j为矩阵的列，当且仅当i小于j时，元素为1代表线路闭合，当i大于j时，即使i与j有连接，元素仍置0，式中的·为矩阵点乘；
19、通过如下约束条件对电网中开关节点实现打开或闭环：
20、
21、其中：rcsi,j表示线路中rcs配置情况，为1表示线路ij配置了rcs，为0则没有配置；msi,j同理；
22、通过如下约束条件对预配置阶段功率平衡
23、
24、其中：nhpvp,i,k表示预配置阶段第k种故障下节点i参与放电的高功率充电桩的最大值；nlpvp,i,k表示预配置阶段第k种故障下节点i参与放电的低功率充电桩的最大值；pevp,i,k表示预配置阶段第k种故障下充电站i的放电有功功率；qevp,i,k表示预配置阶段第k种故障下充电站i的放电无功功率；
25、通过如下约束条件对预置阶段的潮流约束：
26、
27、其中：up,i,k与up,j,k表示预配置阶段第k种故障下i与j节点的电压；un表示系统参考电压；hp,i,j,k表示预配置阶段第k种故障下流过线路ij的有功功率；gp,i,j,k表示预配置阶段第k种故障下流过线路ij的无功功率；
28、通过如下约束条件对预置阶段功率约束
29、
30、
31、其中：式(5-47)与式(5-48)实现对线路功率的限制；式(5-49)与式(5-50)实现对源节点注入功率的限制；式(5-51)与式(5-52)实现对应急发电车功率的限制，pmeg,max表示应急发电车提供的有功功率的最大值，qmeg,max表示应急发电车提供的无功功率的最大值；lmeg,k表示第k种故障时应急发电车的位置；
32、通过如下约束条件对预置阶段的电压约束
33、
34、其中：up,i,k表示预配置阶段节点电压，该式对节点电压的上下限进行了限制，防止优化过程出现电压越限的情况。
35、进一步地，在退化阶段，通过判断电网节点故障以及电网节点故障后对通信节点及其路由造成的影响，决定通信网是否能对电网远程控制开关继续控制过程，包括：
36、通过如下公式构建故障判断模型：
37、
38、其中：ωi表示电网节点权重；prec,i,k表示恢复阶段第k种故障下电网节点i的切负荷值；α3为目标权重占比；
39、通过如下约束条件对故障传播控制：
40、
41、其中：nd,i,k表示退化阶段第k种故障情况的电网节点i的工作状态，值为1则表示该节点处于故障状态；fi,j,k表示第k种故障情况下各个线路的故障情况，值为1则表示线路ij是故障的；式(5-54)与式(5-55)表示故障只能在封闭线路中传播，式(5-56)与式(5-57)表示故障会在打开的线路处终止；
42、通过如下约束条件对退化阶段通信节点状态控制：
43、
44、式中，m是人为设定的一个很小的数，旨在保证当pdeg,i,k＝pl,i时不等式依然成立；spdeg,k,j表示通信网节点电源供给情况；pdeg,i,k为节点退化的有功功率，表示由故障引起的切负荷有功功率的大小，可将其分为两种情况，当节点不是故障节点时，为0，当节点是故障节点时，为负荷有功pl,i该约束表明了当故障发生后，故障节点切负荷，pl,i变为0，即对应pdeg,i,k＝pl,i的情况，如果此时该通信节点既没有应急发电车也没有ups定位，则该通信节点没有足够的电源供给，spdeg,k,j为0；
45、通过如下约束条件对退化阶段通信网进行拓扑控制
46、
47、其中：loopc表示通信网中的环的集合；lc,i,j,l表示第l个环的连接情况，是一个33阶方阵，假设i为矩阵的行，j为矩阵的列，当且仅当i小于j时，元素为1代表i与j两节点之间有连接，当i大于j时，即使i与j有连接，元素仍置0元素，式中的·为矩阵点乘；sci,j,k表示通信网线路开闭情况，在最终求解结束后可以查看，为1代表线路闭合，其可进一步表示为：
48、
49、其中：cyi,j,k表示通信网内部连接情况，内部有连接则为1；该约束表明了只有当正常情况下通信网内部有连接且故障发生后通信线路两侧节点均有电源供应的情况下，通信线路为闭合线路；
50、通过如下约束条件对退化阶段通信网功率控制：
51、
52、其中：crcs,i,k表示通信节点i供给给rcs的信息功率，只有那些与rcs直接相连且对rcs有信息功率供给的通信节点的crcs,i,k值为1，其余为0；cs,i,k表示通信网源节点信息功率；∑cin,i,k表示节点i注入的总信息功率；∑cout,i,k表示节点i输出的总信息功率；cdeg,i,k表示在对rcs进行信息功率供给；
53、通过如下约束条件对退化阶段开关rcs受控进行约束：
54、
55、其中：rcs受控状态用srcsj,k表示；该式将考虑路由后的通信节点状态sri,k赋值给rcs受控状态srcsj,k，即控制rcs的通信节点路由路径断开后，rcs将不再受控制；
56、通过如下约束条件对退化阶段应急发电汽车与ups配置：
57、
58、其中：lmeg,i表示配置meg的位置；lups,i表示配置ups的位置；
59、通过如下约束条件对退化阶段功率控制：
60、
61、其中：qdeg,i,k表示节点退化的无功功率；式(5-67)与(5-68)表明故障节点的退化功率为负荷功率，非故障节点的退化功率为0；
62、
63、其中：ncs表示通信源节点位置。
64、进一步地，在服务恢复阶段，若电网中远程控制开关能够继续受通信侧控制，则远程控制开关会根据故障传播的情况继续动作将故障隔离；同时通信网远程调度电动汽车、应急发电车向非故障区域供电过程，包括：
65、所述通信网远程调度电动汽车、应急发电车按照如下约束向非故障区域供电：
66、
67、其中：output为故障区域内参与放电的ev可以放出的最大电量，；nhpvp,i、nlpvp,i表示预配置阶段充电站i参与v2g的高、低功率充电桩的最大值；nhpvr,i、nlpvr,i表示服务恢复阶段充电站i参与v2g的高、低充电桩的最大值；不等号左边的值代表着预配置阶段与服务恢复阶段的最大放电功率：
68、
69、其中：socv表示参与放电的ev的平均荷电状态；τ表示放电过程的损耗系数；
70、通过如下约束条件对恢复阶段电网开关节点动作控制：
71、
72、其中：srec,i,j,k为服务恢复阶段线路状态，在最终求解结束后可以查看，假设i为矩阵的行，j为矩阵的列，当且仅当i小于j时，元素为1代表线路闭合，当i大于j时，即使i与j有连接，元素仍置0；
73、通过如下约束条件对恢复阶段电网网络拓扑控制
74、
75、其中：·为矩阵点乘；
76、通过如下约束条件对恢复阶段故障传播控制：
77、
78、其中：nr,i,k表示恢复阶段第k种故障情况的电网节点i的工作状态，值为1则表示该节点处于故障状态；式(5-72)与式(5-73)表示故障只能在封闭线路中传播，式(5-74)与式(5-75)表示故障会在打开的线路处终止；式(5-76)表示退化阶段的正常节点在恢复阶段不能发生故障，即恢复阶段不能让故障继续传播，而要通过rcs恢复非故障区负荷，使其正常运行；
79、通过如下约束条件对恢复阶段功率平衡控制：
80、
81、其中：pmegr,i,k与qmegr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下meg提供的有功功率和无功功率；psr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下源节点注入的有功功率；qsr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下源节点注入的无功功率；∑pinr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点注入的有功功率之和；∑qinr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点注入的无功功率之和；∑poutr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点输出的有功功率之和；∑qoutr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点输出的无功功率之和；pevr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下ev充电时的平均有功功率；qevr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下ev充电时的平均无功功率；同预配置阶段，pevr,i,k与qevr,i,k可表示为：
82、
83、
84、其中：nhpvr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点i参与放电的高功率充电桩的最大值；nlpvr,i,k表示服务恢复阶段第k种故障下节点i参与放电的低功率充电桩的最大值。
85、通过如下约束条件对服务恢复阶段的潮流控制：
86、
87、其中：ur,i,k与ur,j,k表示服务恢复阶段第k种故障下i与j节点的电压；un表示系统参考电压；hr,i,j,k表示服务恢复阶段第k种故障下流过线路ij的有功功率；gr,i,j,k表示服务恢复阶段第k种故障下流过线路ij的无功功率；
88、通过如下约束条件对恢复阶段的功率控制：
89、对服务恢复阶段的退化功率情况进行描述，并对线路，源节点以及meg的功率进行限制；
90、
91、其中：prec,i,k表示节点退化的无功功率；qrec,i,k表示节点退化的无功功率；式(5-82)与(5-83)表明故障节点的退化功率为负荷功率，非故障节点的退化功率为0；式(5-84)与式(5-85)对服务恢复阶段线路上流过的有功功率与无功功率进行了限制；式(5-86)与式(5-87)对服务恢复阶段源节点注入功率进行了限制；式(5-88)与式(5-89)对服务恢复阶段应急发电车的功率进行了限制；
92、通过如下约束条件对服务恢复阶段电压控制
93、
94、其中：ur,i,k表示预配置阶段节点电压，该式对节点电压的上下限进行了限制，防止优化过程出现电压越限的情况。
95、有益效果
96、相比于传统技术方案，本发明所带来的有益效果是：
97、现有的ev充电站规划的研究往往还是围绕着ev充电站规划过程的某个部分进行深入，且均为正常场景，对于ev的v2g技术在参与极端天气等导致的电网故障场景下的系统韧性提升环节研究尚且不够充分，特别是当前的电网多为与通信网耦合的配电cps，当前对于面对故障场景下调度至充电站中的ev可以作为电源对整个配电cps进行恢复的充电站规划有着迫切的需求。
98、因此，本发明针对现有关于ev充电站规划方法在v2g及ev在不同场景下作用的研究不足，将ev的v2g技术与配电cps韧性提升全过程联系起来，考虑ev作为负荷以及应用v2g后作为电源两种情况，提出一种面向配电cps韧性提升的ev充电场站规划方法，使得ev充电站不再拘泥于从电网获取电能，而可以在不同场景下，发挥其不同作用。
1.一种电动汽车充电站规划方法，其特征在于：所述方法基于配电站信息物理系统数据网络、数据采集模块、正常运行阶段充电站建模、故障应急处理阶段充电站建模；其中：
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站规划方法，其特征在于：在预配置阶段，电网侧通过远程控制开关、手动开关同时将电网中成环的网络打开，运营商切断正在充电的电动汽车；同时，远程调度电动汽车、应急发电车向电网与通信网供电过程；包括：
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站规划方法，其特征在于：在退化阶段，通过判断电网节点故障以及电网节点故障后对通信节点及其路由造成的影响，决定通信网是否能对电网远程控制开关继续控制过程，包括：
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站规划方法，其特征在于：在服务恢复阶段，若电网中远程控制开关能够继续受通信侧控制，则远程控制开关会根据故障传播的情况继续动作将故障隔离；同时通信网远程调度电动汽车、应急发电车向非故障区域供电过程，包括：
