摘 要 在环境和能源问题日益严峻的背景下，电动汽车环保、节能的优势越来越受到人们的重视。各种电动汽车给人们带来了便利，同时其充电给电网带来了不容忽视的负面影响。近二十年来研究人员不断开发出不同的充电控制策略，从而削弱电动汽车充电带来的负面影响。 本文首先回顾了国内外相关的研究成果，然后建立电动汽车充电的模型。借助Matlab软件编程，以美国西部某地区为对象仿真分别计算了在电动汽车渗透率为10%、20%和50%下，无序充电模式和两种有序充电模式（同时充电和均匀分布）对电网负荷的峰值和方差的影响，并交叉对比分析。 研究结果表明，在三种渗透率下无序充电使用电高峰期的负荷方差和峰值大幅增加，高渗透率时甚至增加了71%，对电网负荷的影响是最恶劣的。而均匀分布充电模式在三种渗透率下均能使负荷方差减小，最大的峰值增长也仅为8.5%，对电网的影响是最小、最稳定的。 关键词：电动汽车；有序充电；建模；电网负荷。   Abstract Given the worsening problems of environment and resources, electric vehicles (EVs)’ advantage of being eco-friendly and energy-saving has been appreciated. Various kinds of EVs facilitate people’s life, meanwhile the charging of EVs is bringing increasingly serious problems to the power grid. Over the last decade, researchers has been working on different coordinated charging strategy to mitigate the negative effect brought by EVs charging. This paper first reviewed related literature. Then the EVs charging model was created. Matlab scripts was utilized in simulation of three charging modes under three different penetrations, so as to derive how system load variance and peak are influenced accordingly. A cross comparison was made between the results. The study revealed that under all three penetrations, uncoordinated charging has the worst influence on system load that load variance and peak increase radically, even reaching 71% under high penetration. Meanwhile uniform distributed charging has the slightest and most stable effect on the grid – load variance drops under all three penetrations and maximum load peak only grows 8.5%. Key Words: Electrical Vehicle; Coordinated Charging；Modeling；System Load. 目 录 第1章 绪论 1 1.1 课题研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.2.1 电动汽车充电装置 1 1.1.2 充电负荷建模 2 1.1.3 电动汽车充电对电网的影响 3 1.2.4 有序充电算法研究 4 1.3 本文主要工作 5 第2章 本设计中使用的数据 7 2.1 EPRI混合动力电动汽车技术参数（PHEV-20） 7 2.2 NHTS交通工具调查数据（2017年） 7 2.3 NREL全年居民用电量（2010年） 8 第3章 电动汽车充电问题建模 9 3.1 电动汽车充电问题建模的目的 9 3.2 电动汽车充电问题的假设情境 9 3.2 电动汽车充电模型 9 3.2.1 电动汽车充电装置模型 9 3.2.2 电动汽车充电需求模型 10 3.2.3 电动汽车充电过程模型 10 3.2.4 用户行为习惯模型 11 3.3 充电模式 12 3.3.1 无序充电模式 12 3.3.2 同时充电模式 12 3.2.3 均匀分布模式 13 第4章 基于Matlab的算法编程 14 4.1 算法的目的 14 4.2主程序main 14 4.3 用户自定义函数 15 1.3.1 无序充电模式mode_norm(char_time) 15 1.3.2 同时充电模式mode_simu(char_time) 16 1.3.3 均匀分布模式mode_unif(char_time) 16 第5章 基于Matlab编程的充电仿真及结果分析 18 5.1 不同渗透率下充电对电网负荷影响分析 18 5.1.1 无序充电 18 5.1.2 同时充电 19 5.1.3 均匀分布 20 5.2 有序充电策略对负荷的优化效果分析 21 5.2.1 低渗透率（10%） 21 5.2.2 中渗透率（20%） 22 5.2.3 高渗透率（50%） 23 第6章 总结与展望 24 6.1 总结 24 6.2 展望 24 参考文献 25 附录 程序清单 27 附1 主程序 27 附1.1 主程序代码 27 附1.2 主程序流程图 30 附2 用户自定义函数 30 附2.1 pene_select() 30 附2.2 read_annmiles() 30 附2.3 calchar_time(daimiles,phev_index) 31 附2.4 read_hhload() 32 附2.5 mode_select() 32 附2.6 mode_norm(char_time) 33 附2.7 mode_simu (char_time) 33 附2.8 mode_unif(char_time) 33 附2.9 calphev_load(char_time) 34 附2.10 plot_profile(load) 34 致谢 36  

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

目前，能源消耗和环境恶化越来越多地引起人们地担忧。相比环境污染严重的传统燃油汽车，电动汽车具有污染小、节能、使用可再生能源等优势，逐渐在市场上得到了大众的重视。 电动汽车按动力来源可分为纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCV）和混合动力汽车（HEV）三种。其中混合动力汽车依靠电动机和内燃机共同作用来工作，既减少了尾气排放又延长了电池寿命，还增加了连续运行里程。以混合动力汽车又衍生出了可外接充电的插电式混合动力汽车（PHEV），具有很大的发展潜力。 电动汽车充电的功率较大，功率小的慢充也能达到10千瓦，快充更是达到了几百千瓦。当电动汽车群体进行充电时，对电网的扰动非常大，如果不加以协调，现有的供电和输电设施难以承担。 为了应对这种挑战，研究有序充电算法来协调电动汽车的充电行为一直以来是研究人员的重要任务之一。有序充电算法可直接协调电动汽车的充电时间、功率等，也可以通过研究电动汽车用户的行为影响因素，如电价等，来间接调整电动汽车充电需求，在研究中都达到了较好的效果，但也有着各自的局限性。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电动汽车充电装置 世界各地、各个厂商对在设计电动汽车充电装置时使用的标准差异很大。主流的标准有： （1）中国国家标准：2006年，中国推出了《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》，规定了电动汽车传导充电插头的最大额定电流和电压：交流电下，不超过660V/250A；直流电下不超过1000V/400A^[1]。 表1.1 充电设备额定电压、电流

充电模式	额定电压	额定电流
1	220V (AC)	16A
2
3		32A
4	400V/750V (DC)	125A
		250A

2010年，我国推出《电动汽车传导式充电接口》，更详细规定了4种充电模式、4种设备额定值（表1.1）和充电接口的结构尺寸、要求、试验方法等标准。但以上标准尚未完善，在国内也不是强制实行的。 （2）CHAdeMO（Charge De Move）：支持日产、三菱、雪铁龙等汽车的充电，工作可靠，在日本、美国都有广泛使用，目前世界上22%的电动汽车装备有CHAdeMO充电口，15%插电混合动力车可以通过CHAdeMO充电[^2]。 （3）特斯拉超级充电（Tesla Supercharger）：特斯拉的专用超级充电，其1130座充电站遍布全球，提供直流和交流两种，在中国的充电接口符合2015新国标的标准。特斯拉超级充电可以在充电站进行，也可以在家配合随车附赠的家用充电桩进行。充电时，充电功率随着电池电量的上升而下降，通常30分钟就可以结束充电（可行驶到下一充电站的距离，约170英里）^[3]。 （4）联合充电系统（Combined Charging System）：目前美系和德系几大汽车厂商——捷豹、大众、通用、宝马、戴姆勒、福特、FCA、特斯拉、现代——于2012年发布了联合充电系统。中国也于2014年与德国签订了合作协议，根据协议，未来中德两国将实现充电接口标准的完全统一和充电设施共享。该系统采用的充电标准如表1.2^[4]。

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