摘 要

近年来，由于传统交通工具的普及和使用，化石能源不断被挖掘开采，导致这类自然资源不断地被消耗，石油等化石能源产生的温室气体不断被排放出来，致使地球环境不断恶化。而传统汽车的不断普及也是产生气体排放的主要问题之一，所以电动汽车的产生就顺应了时代的变化。随着电动汽车的渐渐普及，电动汽车的规模化发展已成定局。虽然一定程度上对于环境有了较大地改善，但是也带来了一些问题。因为电动汽车在时间和空间的分布上有着很大的随机性和不确定性，当配电网中接入大量的电动汽车进行无序充电时，一定会使得电网中的负荷出现很大的波动变化，使电网的运行变得较为复杂和困难。同时也会使电网的电能质量下降。所以研究电动汽车影响下的电网调度运行策略具有重要的意义。

本文针对电动汽车大规模接入电网，研究了电动汽车接入电网的控制优化策略。提出了两种控制优化的策略，一种是以电网网络损耗最小为目标函数进行优化，一种是以充电费用和电网负荷均方差最小为多目标函数进行优化调度，以实现降峰和填充低谷，降低电网侧峰值负荷。主要工作包括，综述了电动汽车对电网的不利影响以及目前国内外学者所得出的看法和结论；建立了电动汽车充电负荷模型并且加以分析；通过固定充电位置以及改变充电时段，以最小网络损耗为目标对电动汽车充电时段进行优化，减小电网峰谷差；考虑充电成本，利用分时电价控制策略节约充电成本，以充电费用最小为目标优化充电模型，实现减小电网峰谷差；最后将两种方法进行对比，选取更为优化的控制策略。

关键词：电动汽车 蒙特卡洛法 充电负荷 配电网 有序充电 分时电价

Research on power network dispatching operation taking into account the influence of electric vehicle

ABSTRACT

In recent years, as a result of the popularization and use of traditional means of transport, fossil energy has been excavated and mined, resulting in the continuous consumption of such natural resources, oil and other fossil energy produced by the greenhouse gases are constantly emitted, resulting in the deterioration of the Earth's environment. And the continuous popularization of traditional cars is also one of the main problems in generating gas emissions, so the production of electric vehicles in line with the changes of the times. With the gradual popularization of electric vehicles, the large-scale development of electric vehicles has become a foregone conclusion. Although to a certain extent, the environment has been greatly improved, but also brought some problems. Because electric vehicles have great randomness and uncertainty in the distribution of time and space, when the distribution network is connected to a large number of electric vehicles for disorderly charging, it will certainly make the load in the power grid fluctuate greatly, making the operation of the power grid become more complex and difficult. It will also reduce the power quality of the power grid. Therefore, it is of great significance to study the operation strategy of power network dispatching under the influence of electric vehicles.

Aiming at the large-scale access to power network of electric vehicles, this paper studies the control optimization strategy of electric vehicle access power grid. Two strategies of control optimization are proposed, one is to optimize the minimum loss of power grid network, and the other is to optimize scheduling with charging cost and power grid load mean variance as multi-objective function, in order to achieve peak reduction and filling trough, and reduce the peak load on the side of power grid. The main work includes summarizing the adverse effects of electric vehicles on the power grid and the views and conclusions reached by scholars at home and abroad, establishing the charging load model of electric vehicles and analyzing it, optimizing the charging time of electric vehicles with the goal of minimum network loss and reducing the peak and valley difference of power grid by fixing the charging position and changing the charging time period. Considering the purchase cost of power grid, using the time-sharing price control strategy to save the cost of purchasing electricity, optimize the charging model with the minimum charging cost as the goal, and realize the reduction of the peak and valley difference of the power grid. Finally, the two methods are compared and analyzed, and a more optimized control strategy is selected.

Keywords: electric vehicle, Monte Carlo method, charging load, distribution network, ordered charging, time-sharing electricity price

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 引言 2

1.2.2 电动汽车充电负荷研究现状 2

1.2.3 电动汽车对电网的影响研究现状 3

1.2.4 电动汽车充电负荷对电网其他方面的影响 5

1.3本文研究的目的和主要内容 6

第二章 电动汽车充电负荷模型的建立 8

2.1 电动汽车种类以及充电行为 8

2.1.1 电动汽车充电分类 8

2.1.2 汽车车主的行驶习惯 8

2.2 电动汽车充电负荷模型 9

2.2.1 影响电动汽车充电的因素 9

2.2.2 模型条件假设与充电负荷计算 12

2.2.3 仿真的结果及其分析 15

2.3 本章小结 17

第三章 充电时段优化调度模型 18

3.1 引言 18

3.2 参数假设与条件设置 18

3.2.1 配电系统网络拓扑结构 18

3.2.2 电动汽车充电负荷 20

3.2.3 潮流计算方法 21

3.3 延时充电策略 22

3.4 优化调度模型 23

3.4.1 目标函数 23

3.4.2 约束条件 24

3.4.3 标准粒子群算法 25

3.5 充电时段优化模型仿真 26

3.5.1 仿真参数设定 26

3.5.2仿真及其结果分析 27

3.6 本章小结 29

第四章 分时电价优化控制策略 30

4.1 分时电价 30

4.2 优化调度模型 30

4.2.1 目标函数 30

4.2.2 约束条件 31

4.3 模型设计以及仿真结果分析 32

4.3.1 模型条件设置 32

4.3.2 仿真结果及其分析 32

4.4 本章小结 35

总结与展望 36

参考文献 37

致谢 40

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着科技水平的不断发展，世界上的汽车行业也一直在快速的发展。汽车行驶过程中会排放出大量的温室气体，引起世界性的大气温室效应，使得全球气候不断变暖。而且汽车数量的急速增长给资源的开采也造成了很大的压力，致使地球石油储量也在大幅地下降。因此，汽车研究厂商开始研究一种能够替代传统的汽车的新型交通工具，电动汽车应运而生。电动汽车之所以能成为一种较为新颖的交通工具，是因为它在行驶中是利用电池来给自身提供动力。通过换乘电动汽车能改善大气环境，因为他在行驶中利用了清洁能源，减少了对化石能源的使用。

当前电动汽车的制造一般包括三种技术，分别为插入式混合电动汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车^[1]。但是随着电动汽车大规模接入配电网进行无序充电，会对电力网络造成非常恶劣的影响。如果我们弄清了电动汽车大规模接入电网对其的影响并加以解决，电网的经济价值和社会价值就将都有所提升。因为电动汽车也能够进行放电操作，所以它作为分布式电源接入到电力网络中时，可以提供调节频率的作用，能够提高电力网络的可靠性。同时它也能够充当旋转备用，能够在电网负荷超载时提供一些备用服务。这样电动汽车就能作为一种新型工具融入到市场中，提高市场中的清洁能源的占有率。再者，电动汽车充电负荷在时间和空间上的分布具有很强的不确定性。因为电动汽车充电具有随机性，当大规模的电动汽车接入到电网中进行充电时，此时如果电网也处在峰期运行，电动汽车的充电负荷将会和电网负荷相加，引起“峰峰相叠”的问题。这不仅会使得电网中的负荷产生非常大的波动，增大电网在这一时段的峰谷差，同时，由于电网中的电力设备也有相应的容量限制，有可能会引起设备的损坏。此外，如果这些情况出现在一些高密度负荷地区，将会导致这些地区的供电不足或者电网出现很大波动，地区电力设备超负荷运行损坏等问题。除了对电网会造成影响之外，电动汽车的大规模使用也将是对电网建设的一大考验。此外，即便电动汽车在低电价时段接入到电力网络中充电，如果不采取适当的手段加以控制，大规模的电动汽车负荷会使电网调峰难度增加，使得电网的稳定运行变得较为困难。因此，我们在研究电动汽车接入对电网调度运行的影响时，主要就是要考虑电动汽车的时空分布，权衡电网投资的经济性和电网运行的安全性^[2]。此外，在研究电动汽车的影响时，也需要考虑车主的驾驶习惯，一般的充电习惯，以及实况的交通和电网的运行情况，以便于电网调度运行。

目前，国内外的学者也正在对智能电网的技术进行深入的研究与探讨，很多的智能电网建设工程也陆续地开始了建设。智能电网的建设和发展使得电网能够更加安全稳定地让电动汽车接入进来。这将能够使电动汽车的有序充电变得更加方便可靠。电动汽车车主通过与电网公司之间的交互联系，能够了解到实时的电价情况和电网运状况。通过这些手段，车主能够更好地安排充电时间，从而使充电费用下降，降低电网的峰谷差。电网公司也能够通过这些方法即时的调整电网负荷分布，减少电网运行的不利因素。

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