集中充电站和电池更换点的联合规划选址及动力电池有序充电研究

摘要

近年来，受到能源危机和环境问题的影响，以电动汽车为主的新能源汽车受到人们的普遍关注。电动汽车以电代油，电能补给的便利性和快捷性成为电动汽车推广普及的关键。电动汽车电能补给按照充电环境可分为目的地充电和行驶途中充电两种，停留在目的地的电动汽车有充裕的充电时间，一般选择小功率的慢充方式，以保护动力电池的使用寿命;行驶途中的电动汽车由于行驶任务和出行时间的影响，一般选择电能补给时间相对较短的快速充电或换电方式。然而，快速充电巨大的充电功率易对电池寿命造成损害，不适合电动汽车频繁充电使用。换电方式不仅换电时间短，而且换下的电池有充裕的时间进行小功率充电，对用户电能补给快捷性和电池寿命保护有明显优势。国家电网公司针对换电方式提出了“集中充电，统一配送”的电能补给模式。该模式由集中充电站对动力电池进行充电，由电池更换点为用户进行换电，有利于充电设施的集中规划和用户密集区域的换电点建设。因此，针对该模式下的集中充电站和电池更换点的规划选址及动力电池有序充电研究，对于解决行驶途中用户的电能补给，完善充、换电服务设施以及制定集中充电站内动力电池的充电策略有重要意义。
　　首先，介绍了“集中充电、统一配送”的运营模式;基于路网拓扑结构，通过路网节点的交通流量对电池更换点的换电需求进行了预测;针对电动汽车用户到达电池更换点的普通性、无后效性和平稳性特征，选择了排队论中M/M/c/∞/∞系统模拟用户的换电排队行为;为优化电池更换点内换电服务台和换电机数量，构建了以电池更换点运行成本和换电用户等待时间成本综合最小的定容优化模型;以包含16个路网节点区域的3座电池更换点定容进行了数值仿真，论证了定容模型和优化策略的有效性。
　　其次，在获得用户的换电需求和电池更换点定容方法的基础上，提出了一种集中充电站和电池更换点的联合规划选址方法，构建了以集中充电站和电池更换点的年建设投资成本、集中充电站向电池更换点的电池配送成本及用户换电行驶成本之和最小为目标的联合规划选址模型。根据电池更换点的最大、最小服务面积和集中充电站服务电池更换点的最多、最少数量，建立了规划区域集中充电站和电池更换点规划数量范围的预估方法;借助于加权Voronoi图平面区域的划分原理，来获得集中充电站和电池更换点各站点之间的服务范围;利用免疫遗传求解算法，对某市内64km2规划区域进行了联合规划选址算例仿真，分析了集中充电站和电池更换点规划数量和不同区域的土地成本对划选址的影响。
　　最后，对集中充电站内动力电池的有序充电策略进行了研究。为了避免集中充电站过大的充电电流对配电系统造成影响，提出了一种包含光伏发电单元和梯次储能装置的集中充电站综合供电系统。分析了动力电池的容量衰退规律，介绍了退役动力电池的梯次利用技术。借助最大换电需求曲线，获取集中充电站各时段动力电池的充电负荷规模。以集中充电站向配电系统的购电成本和充电负荷给配电系统造成的负荷波动惩罚成本最小为目标，构建了动力电池有序充电优化模型。通过数值仿真，分析了固定电价和分时电价下动力电池充电行为对配电系统的影响、光伏和梯次储能装置接入对动力电池有序充电的影响以及梯次储能装置容量衰退对动力电池有序充电的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究的目的及意义

1．2．1 研究的目的

1．2．2 研究的意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 充、换电站规划选址研究现状

1．3．2 动力电池有序充电研究现状

1．4 论文的主要工作

第二章 “集中充电、统一配送”模式下电池更换点的定容优化决策

2．1 引言

2．2 “集中充电、统一配送’’运营模式

2．3 基于路网结构的电池更换点换电需求预测

2．4 电池更换点的定容优化决策

2．4．1 基于M/M/c/∞/∞排队系统的换电方式建模

2．4．2 电池更换点的定容优化模型

2．4．3 算例分

2．5 本章小结

第三章 集中充电站和电池更换点的联合规划选址

3．1 引言

3．2 集中充电站和电池更换点联合规划选址模型

3．2．1 目标函数

3．2．2 规划区域集中充电站和电池更换点的规划数量范围求解

3．2．3 约束条件

3．3 基于加权Voronoi图的服务区域划分方法

3．4 免疫遗传算法及求解

3．5 算例分析

3．5．1 系统参数设置

3．5．2 电池更换点的规划数量和站址决策

3．5．3 集中充电站的规划数量和站址决策

3．6 本章小结

第四章 考虑光伏和梯次储能下集中充电站动力电池的有序充电策略优化

4．1 引言

4．2 动力电池容量衰退模型及梯次利用技术

4．3 含光伏发电单元和梯次储能装置的集中充电站综合供电系统

4．4 集中充电站各时段动力电池充电负荷分析

4．5 动力电池有序充电优化模型

4．5．1 目标函数

4．5．2 约束条件

4．6 算例分析

4．6．1 系统参数设置

4．6．2 不同电价下动力电池充电行为对配电系统的影响

4．6．3 光伏和梯次储能装置接入对动力电池有序充电的影响

4．6．4 梯次利用储能装置容量衰减对动力电池有序充电的影响

4．7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录