基于V2G技术的电动汽车参与微电网调频研究

摘要

随着全球经济增长，各国对能源的需求量越来越高。同时，化石燃料大量燃烧，加剧了环境污染与温室效应。为了解决能源危机、环境污染等问题，电动汽车技术受到了各国的高度重视。电动汽车是最有发展前景的一类新能源汽车，电动汽车是我国新能源汽车发展的主要战略取向。大规模的电动汽车入网，给电力系统的安全稳定运行带来了新的机遇和挑战。可入网电动汽车(Vehicle to Grid，V2G)，即可作为可控负荷，又可作为分布式电源，来缓解间歇性新能源入网引起的波动，提供调频服务。在现有研究的基础上，本文展开了进一步研究。
　　据统计大多数汽车一天中绝大部分时间处于闲置状态，合理利用闲置在电动汽车电池内的电能，有利于优化电网运行。V2G技术的发展是实现电动汽车与电网友好互动的前提条件。本文首先对V2G技术的概念与V2G系统的组成做简要介绍，并对电动汽车向电网提供削峰填谷、辅助服务、平抑扰动等服务的可行性和优势进行了分析。针对电动汽车不同的充换电管理方式，提出了分散接入、集中接入和基于微电网的V2G三种入网模式。介绍了电动汽车车载电池的模型以及初始电量的概率模型，为下文的分析奠定理论基础。
　　然后，本文对含电动汽车的孤岛微电网调频进行了研究。分别分析了柴油发电机和电动汽车的调频特性，并基于电动汽车的调频特性制定了电动汽车参与孤岛微电网调频的控制策略。搭建了以柴油发电机组为主电源，电动汽车为辅助调频的微电网调频模型。最后基于所搭建的模型在Matlab/Simulink仿真平台对所提出的调频控制策略的有效性进行验证，仿真结论表明电动汽车参与孤岛微电网调频是可行的。
　　最后就如何对大规模电动汽车的充放电进行合理控制和管理使其在调频市场收益最大化进行了深入的研究和分析。基于对电动汽车参与微电网调频服务涉及的各参与方利益的分析，提出以电动汽车代理商收益最大化为目标，以电动汽车电池的电荷状态、电池充放电不同时、用户充电需求为约束，确定了优化模型;并采用粒子群算法对提出的电动汽车提供调频服务收益模型求解，通过算例验证在电力市场环境下电动汽车通过电动汽车控制中心提供调频服务在经济上是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 V2G技术研究现状

1．3 电动汽车参与电网调频研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文的主要研究内容和工作

第2章 V2G入网模式及初始电量分析

2．1 引言

2．2 V2G技术概念及应用分析

2．2．1 V2G技术的概念

2．2．2 V2G技术的发展历史

2．2．3 V2G系统的组成

2．2．4 V2G技术的应用分析

2．3 V2G入网模式

2．3．1 分散接入

2．3．2 集中接入

2．3．3 基于微网的V2G模式

2．4 电动汽车车载电池模型及SOC的概率模型

2．4．1 电池模型

2．4．1 SOC的概率模型

2．5 本章小结

第3章 电动汽车在微电网孤岛运行时的调频研究

3．1 引言

3．2 微电网调频

3．2．1 分布式电源和负荷的频率特性

3．2．2 微电网一次调频

3．2．3 微电网二次调频

3．3 调频电源特性

3．3．1 柴油发电机组

3．3．2 小规模电动汽车／储能电站调频电源

3．4 电动汽车参与微电网调频控制策略

3．5 含电动汽车的微电网调频模型

3．5．1 微电网系统结构

3．5．2 电动汽车的充放电静态频率特性模型

3．5．3 柴油发电机组的频率控制模型

3．5．4 含电动汽车的微电网调频模型

3．6 算例与分析

3．6．1 负荷突增情况下微电网调频控制动态过程

3．6．2 负荷突减情况下微电网调频控制动态过程

3．7 本章小结

第4章 电动汽车参与微电网调频服务收益评估

4．1 引言

4．2 电动汽车控制中心

4．2．1 调频方式

4．2．2 充放电控制系统

4．3 电动汽车参与调频的收益计算模型

4．3．1 目标函数

4．3．2 约束条件

4．4 电动汽车调频收益数学模型求解

4．4．1 求解算法—粒子群算法

4．4．2 优化规划模型的求解步骤

4．5 算例仿真与分析

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读硕士期间取得的学术成果

致谢