城市电动汽车充电负荷时空预测及充电分层引导控制策略

摘要

电动汽车是交通低碳化发展的重要途径。随着电动汽车的不断普及，充电负荷成为城市配电网中一种重要的新型负荷，充电负荷的接入对电力系统的运行和调控带来了新的挑战。一方面，受城市道路结构和用户出行特征的影响，电动汽车的充电负荷具有独特的时空分布特性，并对配电网运行及充电设施规划产生重要影响；另一方面，受到城市现有充电设施布局与配置的制约，电动汽车集群效应引发的充电需求难以得到充分的满足，因此对充电引导和控制提出了新的要求。在满足用户充电需求的前提下，通过对充电行为的引导，可以降低充电负荷集中接入对电力系统的影响，并且提高充电站运营效率和水平。因此，研究城市电动汽车的充电负荷分布特性以及基于充电需求分布的充电行为引导与控制，具有重要的意义。本文研究了城市电动汽车充电负荷时空预测方法，并对采用快速充电方式的电动汽车充电行为提出了分层引导控制策略，主要工作如下： 首先，针对城市路网特征，提出一种车-路-网模式下电动汽车充电负荷时空预测方法。通过建立单体电动汽车模型和道路交通模型，来模拟路网中电动汽车的出行特征；进而运用Origin-Destination Analysis (OD分析法)来精确模拟电动汽车行驶路径，用蒙特卡洛抽样对各类电动汽车的充电负荷时空分布进行预测；最后将城市路网及充电负荷归算至对应配电网节点，评估大规模电动汽车充电负荷接入后对配电网的影响。 随后，在充电负荷时空分布预测基础上，提出一种基于城市快充需求分布的充电分层引导控制策略。首先介绍了分层引导控制框架，以及基于多方信息交互场景的充电引导架构；利用 OD 分析模拟电动汽车充电需求分布，并采用双层队列模型来模拟充电站动态队列；进而根据动态队列和电压约束下配电网快充负荷接纳能力，提出一种电价激励方式，以用户充电成本最小为目标来引导用户优选充电站。 最后，以某市主城区部分实际道路情况为例，对 20000 辆不同类型的电动汽车充电负荷时空分布进行预测，并评估其对配电网潮流的影响。在充电需求分布基础之上，对1000辆快充的电动汽车仿真，分析所提充电引导控制策略对用户充电选择、充电站运营强度以及配电网安全性的影响。

目录

城市电动汽车充电负荷时空预测及充电分层引导控制策略

摘 要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 电动汽车的国内外发展现状

1.3 选题意义

1.4 国内外研究现状

1.4.1 充电负荷预测研究现状

1.4.2 充电控制策略研究现状

1.5 本文主要工作

第2章 城市车-路-网模式及各主体建模

2.1 引言

2.2 “车-网-路”模式简述

2.3 单体电动汽车模型

2.3.1 电动汽车电能补给方式

2.3.2 电动汽车类型划分

2.3.3 主要状态参数

2.4 道路网络模型

2.4.1 道路拓扑结构

2.4.2 速度-流量实用模型

2.4.3 功能区域划分

2.5 配电网模型

2.5.1 配电网拓扑结构

2.5.2 配电网评价指标

2.6 本章小结

第3章 车-路-网模式下电动汽车充电负荷时空预测方法

3.1 引言

3.2 充电负荷时空预测模型框架

3.3 OD分析法

3.3.1 OD分析法概述

3.3.2 OD矩阵推算的原理和基本方法

3.3.3 基于OD矩阵的电动汽车出行特性分析

3.4 充电负荷时空预测流程

3.4.1 单台电动汽车充电负荷预测

3.4.2 蒙特卡洛仿真终止条件

3.5 算例分析

3.5.1 仿真条件设定

3.5.2 仿真结果分析

3.6 本章小结

第4章 基于城市快充需求分布的充电分层引导控制策略

4.1 引言

4.2 多方信息交互场景下充电引导控制框架

4.2.1 充电信息交互网络

4.2.2 充电引导控制策略框架

4.3 基于信息交互网络的充电引导控制策略

4.3.1 充电需求判定

4.3.2 充电站双层队列模型

4.3.3 配网层最优潮流目标

4.3.4 电价激励方式

4.3.5 电动汽车用户决策目标函数

4.4 算例分析

4.4.1 仿真条件设定

4.4.2 仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

附 录

发表论文和参加科研情况

致 谢