摘 要

随着人们的生活水平的提高，全世界也开始将重心转移到了环境保护上，电动汽车作为新能源新时代的节能环保型汽车，已经得到了人们的认可，其发展前景也是非常可观的。不过利弊总是相伴的，当电动汽车数量不断增加之后，其带给配电网的影响也会越来越来明显，同时对充电站的相关充电设备要求也会更高，因此，在大量电动汽车正式接入到配电网之前，我们需要了解电动汽车接配电网后充电负荷与电网之间的相互联系与影响。本文提出通过概率模拟预测电动汽车充电负荷的方法，同时基于此方法进行充电负荷的预测并研究探讨其与配电网之间的相互影响。

首先结合电动汽车的充电功率和荷电状态特性等电动汽车本身的相关特性，然后考虑根据电动汽车用途不同，以及不同用户的充电时间长度和开始充电时刻都会随着实际情况存在差异性，本文通过概率模拟攻克每一小步，再利用相互的联系提出模拟预测充电负荷概率的方法。然后基于电动汽车充电负荷概率模拟方法，分别对电动汽车无序充电和有序充电进行负荷预测。

最后考虑未来电动汽车充电的调度与协调将划分区域性进行分层分区控制，通过对某区域进行面积预测，然后根据面积得到各区域的用电负荷，结合用地决策法，得到该区域的电动汽车空间负荷及商业工业负荷划分，通过分时电价的引导及区域总负荷波动最小为目标，进行负荷最优控制策略，对优化前后的用户总费用进行对比，以及该区域电网负荷波动情况进行分析比较。

关键词：电动汽车；充电负荷；概率模拟；充电方式

Abstract

With the improvement of people's living standard,people all over the world began to shift the focus to the environmental protection.Electric vehicles as a new energy, new era of energy-saving environmentally friendly vehicles has been recognized by the people, and its development prospect is very considerable. But the pros and cons are always accompanied,as the number of electric vehicles is increasing , the influence which electric vehicles brought to distribution network will become more and more obvious.At the same time,the requirements of the charging equipment which is related to a charging station will be more high. Therefore, before a large number of electric vehicles are officially connected to the distribution network ,we need to understand the contact and influence between the charging load and the grid after electric vehicles are connected to the distribution network.In this paper, by probability simulation the method of forecasting electric vehicle charging load is proposed, and based on this method, the forecast of charging load is carried out and the interaction between them and distribution network is studied.

First of all, combined with the electric vehicle charging power and state characteristics of the electric vehicle ,then consider the different use of electric vehicles , as well as the charging time length of the different users and beginning charging time will be different with the actual situation.In this paper, we overcome every small step by probabilistic simulation, and then a method to predict the probability of charging load by using the mutual connection is proposed.Then, based on the probability simulation method of electric vehicle charging load, the load forecasting for electric vehicles disorderly charging and orderly charging are carried out respectively.The influence of load on the distribution network after the electric vehicle access is studied.

Finally, considering the future electric vehicle charging scheduling and coordination ,the divided region will be conducted the layering and zoning control.Through of a regional area forecast, then according to the area to get the regional electricity load,combined with the land decision method ,the space load of electric vehicle and the division of commercial industry load are obtained.By the guiding of time-sharing price and the total load fluctuation minimum as the goal,the total cost before and after the optimization of the user is compared,and the load fluctuation of the regional power grid are compared,then do analysis of influence after the electric vehicles are connected to the grid in a large scale

Key words：Electric vehicle; charging load; probability simulation;charging methods

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文的主要工作 3

第2章 电动汽车充电负荷的概率模拟方法 4

2.1电动汽车充电特性及充电方式 4

2.2电动汽车充电数量的概率模拟 5

2.3充电时间长度与初始荷电状态的概率模拟 7

2.4开始充电时刻的概率模拟 9

2.5电动汽车充电负荷的概率模拟 11

2.6本章小结 12

第3章 电动汽车充电负荷预测 13

3.1引言 13

3.2 电动汽车无序充电的负荷分布 14

3.3电动汽车有序充电的负荷分布 15

3.4本章小结 18

第4章 算例分析 19

4.1电动汽车及充电负荷分布 19

4.2充电费用最优下负荷 19

4.3充电费用和负荷波动双重控制下负荷分布及与无序充电对比 21

4.3.1无序充电情况下负荷分布 21

4.3.2考虑充电费用和负荷波动的负荷分布 21

4.4本章小结 24

第5章 结论与展望 25

5.1研究结论 25

5.2研究展望 25

参考文献 26

附录A MATLAB编程代码 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

随着环境污染的日益严重、石化资源的日渐枯竭，全球气候的变暖趋势加剧，世界也越来越紧迫需要的新能源来代替传统的能源，而电动汽车在节能减排、遏制气候变暖等方面有着传统的汽车都无法代替的优势，因而也受到了各国政府和汽车公司的关注。电动汽车大规模应用已经成为了必然趋势然，渐渐地慢充模式已无法满足不同类型电动汽车短时间内的充电需求，在这个快餐式的社会，人们也往往更青睐于那种快捷的快速补充方式，其又主要分为更换电池和快充两种，不过更换电池方式对电池储备量要求特别高，同时也会带来资源浪费以及环境压力，且高峰时段电池调度也是一个不可忽视的问题。虽然说对于快充方式来说，没有了资源方面的压力，可是大规模电动汽车无序接入电网后快速充电，必然会对电网的安全稳定运行和经济效益带来无法预计的负面影响。给配电网带来的影响主要分为三方面:电能质量（包括谐波电流、电压偏移、电压不平衡），电网经济性（包括网络和变压器功率损耗、线路及变压器负载），安全稳定运行（包括电压波形、峰值负荷、电器设施寿命）。目前阻碍电动汽车行业的安全快速发展的主要是电动汽车充电站等配套基础设施的不够完善，没能够让电动汽车用户满意，当电动汽车用户存在快充需求时，尤其是在其行驶过程中，电动汽车本身不具有完全可控的特性，其充电的起始时间也基本呈现刚性，而交通高峰期间车流密集，要满足其充电起始时间的需求必须去采取充电站可用充电位定位与地理、交通流量相互结合的疏通引导策略，所以如果想要建设大量的电动汽车充电站来满足用户的需要，就必须根据电动汽车用户的充电需要进行相应的设计和规划，同时，想要规划好电动汽车充电站建设的位置等方面以及应对好电动汽车的充放电接入和管理就必须进行对电动汽车与配电网相互之间的影响。而且更多的随机性在于动态的电动汽车充放电行为，所以如何规划未来应用更广泛的电动汽车的充放电行为以及充电站的建立，让电网得以在保障与减低风险的经济化运行，将会是一个值得研究的方向。而规模化快速充电需求下变化迅速的电网实时运行状态、难以预估交通系统流量、需要充分考虑用户出行的基本交通需求以及与电动汽车用户积极配合形成快速的交互和响应才能做到对快充行为的有效疏导，这些新的问题与需求都是目前的有序控制策略还需要好好考虑的。

1.2国内外研究现状

中国电力科学研究院的张明霞提出了从电动汽车充电负荷的相关配置和电动汽车用户对充电的需求两个方面来疏导电动汽车充电给电网带来的压力，同时结合电动汽车充电在不同设置模式下基础设施，在此基础上引入虚拟充电单元来作为电网侧负荷配置的基本单位，从而创立了从电网优化系统运行然后到电动汽车的充电终端分层分布的实施架构^[1]。电动汽车是一款移动式储能的产品，其充电行为在空间位置和具体时间上都存在相当大的不确定性，因而在电动汽车在接入电网充电时，会导致配电网网络损耗的增加，以及缩短了相关配电设备的使用寿命与利用率也会大打折扣，因为设施本身性能问题的充电机在工作时也会产生谐波，对配电网变压器造成影响，因此我们需要通过对不同区域配电网的充电站的充电功率进行概率模拟研究，研究了解在不同情况下电动汽车充电时配电网的负荷变化情况，然后基于电网与充电站之间的联系，去检测因充电站方面带来的谐波对配电网变压器相关的硬件性能可能造成的影响，研究配电网的可靠性程度，然后基于此进行模拟电动汽车的充电负荷，再对前面的研究进行深入了解，分别通过电压谐波和电流谐波的解析公式去计算得到相关数据，并就变压器相关运行参数受到电动汽车充电负荷的影响进行数据分析^[2]。北京电力科学研究院的杜晨红提出了以电动汽车充电时段内总负荷消耗的能量最小为目标的控制策略，将充电负荷的控制可以看作在负荷曲线时间轴上做平移和切割，也从仿真结果得出负荷峰谷差显著减小^[3]。四川省电力公司的李书雄从安全性和经济性两方面出发，同时以减小电网等效负荷峰谷差和减少配电网功率损耗为目标，建立了各个节点上的电动汽车最优充电调度策略，通过仿真，得出结果显示该策略亦能有效降低配电网功率损耗，并能够避免电压偏移的加剧，提高配电网的安全性，也可以提高系统经济性^[4]。华南理工大学的陈丽丹将自家用的电动汽车根据出行目的分为五大类，构建复杂和简单的出行链，提出了基于电动汽车行驶出行链的考虑不同充电频率的电动汽车充电负荷预测方法^[5]。北京交通大学的王玮提出了一种多目标控制策略，他将控制目标分为两级，第一级是通过考虑用户充电费用，进行电价分时计算，增加峰期电价，降低谷期电价，可以有效地减小电网的峰谷用户差，平稳电网，第二级为考虑电池起始充电时间，让更多的用户能够主动参与其中，最后通过仿真，得出结果表明该策略能够有效达到“避峰填谷”和用户充电更加经济的双重目标^[6]。清华大学的胡泽春提出有序充电时基于动态分时电价的电动汽车充电站的控制方法，降低了充电站的运营成本和电动汽车用户的充电使用成本，并能够让实现充电负荷的削峰填谷的效果更加明显^[7]。电动汽车的充电负荷在通过充电站或者充电桩等接入配电网之后，便会造成配电网原有的负荷相关性质以及本有的负荷结构的改变，但是电动汽车用户大部分充电的时候，其蓄电池也是一种储能单元，而且还会有电然后在充电的时候向电网输放电，则此时单一电源的电网电源结构发生了比较大的改变，成了多电源模式电网，配电网的控制、运营方式以及网络损耗也会受到电动汽车充电在不同区域充电站接入位置、不同的渗透率以及其控制模式的影响与改变，进而在经济性运营、环境以及配电网的可靠性等方面对电网产生不可忽略的影响^[8]。加利福尼亚大学伯克利分校的Johan Driesen提出了一种在线协调的算法，并在低压电网中进行时间计算分析，结果显示能够有效的抑制电压偏移和调峰^[9]。丹麦技术大学的Junjie Hu提出了一种市场理论框架，通过配电网容量市场计划实现电动汽车协调充电，解决了交通拥塞问题^[10]。澳大利亚研究了电动汽车接入后对某城市输电网线路和变电站一些主要设备寿命及与运营的影响，通过仿真，结果表明电动汽车的大规模接入并不会导致该城市变电站的主要设备和已有输电线路发生过载的情况^[11]。

1.3本文的主要工作

面对电动汽车的迅速增长，后期大规模电动汽车无序接入电网后，快速充电对电网的安全稳定运行和经济效益将带来无法预计的负面影响，本文通过基于充电负荷预测结果比较有序与无序充电并得出相应结论，便于后期在电动汽车疏导策略上的研究。

本篇研究论文的主要框架和主要工作如下：