大规模分布式电源接入下的电动汽车换电站运行研究

摘要

随着全球化石能源的日益紧张，可再生能源分布式电源(DG)和电动汽车(EV)已成为未来能源结构发展的趋势，越来越受到各国政府和广大学者的重视。通过协调控制电动汽车的充放电过程，不仅能降低总充电成本与系统网损、发挥削峰填谷的作用，而且在平抑可再生能源的间歇性方面具有重要作用。同时，电动汽车换电站属性灵活，变更不同的软件控制策略响应即可实现不同功能角色的灵活转变。其可以用作调频，也可以用作调峰以及提供备用电源支撑。对电动汽车换电站的不同角色运行研究对未来智能电网的发展具有重要意义。
　　首先，针对大量间歇性分布式电源接入电网带来的冲击，提出了需求响应定义新延伸，将频率控制纳入需求响应的范畴，同时将需求响应分为用户需求响应和电网需求响应。对电动汽车换电站提出了基于电网需求响应的运行理念，并对这一运行理念的现实可行性进行了分析。其次，在响应调频的运行策略方面，提出了以控制电池的充电规模来代替控制充电电流的控制策略，以一种离散方式近似等效之前普遍采用的连续控制。在该运行模式下，所有电池均以最佳充电电流充电，可降低充电能耗，延长电池寿命，有利于换电站的经济运行。并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了该策略的微电网模型，通过算例仿真对比，展示了在微网孤岛运行时该控制策略出色的调频性能以及面对大波动下微网表现出的良好稳定性。在换电站调峰调度优化方面，提出了一种新的约束罚函数处理方法，该方法结合粒子群算法的原理特性，并与已有的自适应罚函数法相结合组成分段穿透罚函数。以粒子群算法为求解工具，对提出的电动汽车换电站调度模型进行优化，在MATLAB仿真平台上通过与传统方法以及自适应罚函数法对比验证了所提出的分段穿透罚函数处理方法相对于这两类方法，具有求解速度快，全局寻优能力强的特点。同时在响应调峰的运行策略中，为实现电力系统与电动汽车换电站运营系统的有机融合，在进行电网调度最优化的同时兼顾保障换电站运营，提出了将电动汽车换电站运营参数构建惩罚函数加入调度目标函数的模型。该模型采用双层时空解耦结构，上层模型以整体代理的方式实现换电站在时间尺度的多目标优化调度（包括负荷波动、峰谷差最小），下层模型在空间尺度上合理分配各换电站充电计划来调节包含间歇性分布式电源的电网潮流分布，实现网损最小化，同时引入运营惩罚函数实现换电站运营状况对电网的反馈。之后，采用自适应变异粒子群算法对提出的双层系统进行迭代求解。最后在修改的IEEE30节点算例中说明该调度模型的有效性。
　　论文以研究大规模分布式电源接入下的电动汽车换电站运行策略为中心，提出了基于电网需求响应的运行理念。并在响应调频和调峰的运行模式下，分别提出了对应的运行策略模型。在调峰调度优化方面，提出了一种新的约束罚函数处理方法。这些内容将有助于加速电动汽车的推广实施，并为换电站经济运行提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．1．1 分布式电源及能源发展概况

1．1．2 电动汽车的发展前景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电动汽车充换电设施建设和运营现状

1．2．2 电动汽车参与需求响应的研究现状

1．2．3 电动汽车参与频率控制的研究现状

1．2．3 电动汽车参与调峰及调度优化的研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 基于电网需求响应的运行理念

2．1 需求响应的概念及其定义新延伸

2．1．1 基于价格的需求响应

2．1．2 基于激励的需求响应

2．1．3 需求响应定义新延伸

2．2 电网需求响应的提出

2．3 电网需求响应下的换电站运营

2．3．1 基于价格的电网需求响应下的运营

2．3．2 基于激励的电网需求响应下的运营

2．3．3 换电站运行状态的侧重分析

2．4 本章小结

第三章 响应调频的运行策略研究

3．1 基于最优充电电流的充电电池规模控制

3．2 基于Droop控制的技术手段模型

3．3 算例与验证

3．4 本章小结

第四章 电动汽车换电站调度优化下的约束罚函数研究

4．1 引言

4．2 换电站调度策略模型

4．2．1 波动方差目标函数

4．2．2 充放电经济性目标函数

4．2．3 充电消耗可再生能源占比目标函数

4．2．4 约束条件

4．2．5 多目标函数的处理

4．3 粒子群算法分段穿透罚函数

4．3．1 粒子群算法和罚函数简介

4．3．2 分段穿透罚函数

4．3．3 穿透罚函数的先进性分析

4．4 算例分析与验证

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 换电站调度策略模型

5．2．1 双层模型构架

5．2．2 上层优化模型

5．2．3 下层优化模型

5．3 优化求解的方法和流程

5．4 算例分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录