新能源电动汽车参与区域电网频率控制研究

摘要

随着化石能源的过度开采和资源日益紧缺，大量可再生间歇性能源接入电网带来了丰沛的能源，但其随机波动性和出力预测精度不高均导致负荷的不平衡，进而引起的不利影响也给电网带来新的挑战。电动汽车作为一种切换于可控负荷和分布式能源之间的角色为缓解新能源并网引起的频率偏移提供了一条解决之道。电动汽车能快速吸纳和吞吐能量的特性具备服务电网调频的潜力，同时电动汽车也是一种交通出行工具，所以在参与电网调频时需要考虑其交通属性。基于此，本文所做工作如下:
　　首先从目前电动汽车使用最多的磷酸铁锂动力电池出发，建立了一种新型单体电池的充放电模型，测试了其在不同环境下的充放电特性，并推导出参与电网互动时的功率调节模型;接着提出大规模电动汽车参与电网调频的系统框架，建立了基于分层管理控制的电动汽车两级调频架构。
　　然后研究了传统机组的调频模型和电动汽车充放电静态特性，以椭圆函数表示电动汽车充放电功率与电池荷电状态之间的数学关系，结合电动汽车入网调频控制策略，依据SOC值高低来判断充放电的优先级，最终在MATLAB中搭建了单区域和互联区域电动汽车参与电力系统频率调整的模型。仿真结果证明了电动汽车参与电网调频不仅可以加快响应速度、减小频率偏差还可以减少传统机组的备用容量。
　　最后分析了影响城市电动汽车充放电行为的不确定性因素，指出电动汽车参与电网调频的四种状态转换特性，并提出一种计及状态转换的智能充放电管理方式使电动汽车有序接入电网，随后分析各类电动汽车的时空分布特性;采用蒙特卡洛方法随机模拟一天内可控电动汽车的数量和总可控负荷容量，只有处于可控状态的电动汽车才具备服务电网调频的潜力;分析了一个周期内V2G(Vehicle toGrid)的集中等效模型，结合传统两区域互联调频系统，最终建立了基于出行规律的V2G互联系统负荷频率控制模型。以长沙中心城区现有人口和电动汽车保有量预测了其2020年电动汽车规模，并仿真分析了长沙地区电动汽车响应和两区域互联系统响应结果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1. 1 课题研究的背景与意义

1. 2 电动汽车参与电网调频概述

1.2.1 电动汽车的发展及分类

1.2.2 V2G技术的应用

1. 3 电动汽车参与电网频率调整的研究现状

1.3.1 可行性分析

1.3.2 经济性分析

1.3.3 实现方式和控制策略分析

1. 4 论文主要研究内容

第二章 电动汽车参与V2G系统频率调整分析

2.1 电力系统频率调蔡的原理

2.1.1 电力系统一次调频

2.1.2 电力系统二次调频

2.2 电动汽车动力电池的先放电特性

2.2.1 磷酸铁银动力电池

2.2.2 电动汽车动力电池的先放电模型

2.2.3 测试电池先放电电动势及等效内阻

2.3 电动汽车参与电网调频的系统架构

2.3.1 分布式接入

2.3.2 集群式摄入

2.3.3 分层管理控制

2 .4 本章小结

第三章 电动汽车集群入网调频的控制模型

3.1 传统机组调频的控制模型

3.1.1 发电机—负荷模型

3.1.2 原动机模型

3.1.3 调速器模型

3.1.4 调频器模型

3.1.5 联络线模型

3.2 电动汽年参与区域电网调频的控制模型

3.2.1 电动汽车充放电的功率响应

3.2.2 电动汽车入网调频的控制策略

3.2.3 V2G系统负荷频率控制模型

3.3 算例仿真分析

3.4 本章小结

第四章 计及车主出行规律的V2G调频系统

4.1 电动汽车出行规律分析

4.1.1 影响电动汽车先放电能量的因素

4.1.2 计及电动汽车状态转换的智能充放电管理

4.1.3 电动汽车的时空分布特性

4.2 慕于蒙特卡洛方法预计可控负荷容

4.2.1 电动汽车参数设置

4.2.2 基于蒙特卡洛方法预计可控负荷容量

4.3.1 V2G系统可控储能计算

4.3.2 克放电功率和能量约束

4.3.3 V2G集中等效模型

4.3.4 计及出行规律的V2G互联系统负荷频率控制系统及仿真分析

4 .4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 研究工作展望

参考文献

致谢

附录