考虑不确定性因素的居民区电动汽车优化充电策略研究

摘要

随着传统燃油汽车发展过程中带来石油资源供应危机以及环境污染问题，电动汽车凭借其“能耗低、污染小”的优点受到各国政府支持与推广。然而，由于电动汽车充电行为在时间上和空间上存在着随机性和不确定性，大规模电动汽车无序充电会给电网造成负荷增加、电网规划难度增加等诸多不利影响。论文针对居民用户电动汽车优化充电策略开展研究，充分考虑居民区电动汽车充电行为的不确定性，提出峰谷差最小的集中式日前优化充电策略和基于分层式多代理系统的实时优化充电策略。　　本文主要工作包括：　　① 通过分析电动汽车充电特征，分别建立单辆电动汽车和多辆电动汽车无序充电下充电负荷的数学模型，分析了电动汽车无序充电对电网的影响。针对大规模电动汽车，以电动汽车的开始充电时间为优化对象，以电动汽车充电需求以及可调控时段为约束，建立了峰谷差最小的集中式日前优化充电策略。并在电动汽车不同渗透率下验证了所提方法的有效性。　　② 针对有分布式光伏接入的用户系统，计及电动汽车充电的不确定性，分析了电动汽车不同充电起始时间和不同初始荷电状态（State of Charge, SOC）对光伏消纳以及家庭功率峰值的影响。以含光伏及电动汽车的居民区为研究对象，提出基于分层式多代理系统的电动汽车实时优化充电策略。在所提分层式多代理系统中，通过优化电动汽车充电功率，首先由下层用户代理考虑光伏就地消纳以及用户充电经济性，建立了光伏利用最大化原则和充电费用最小化原则的两阶段优化模型。由上层变压器代理考虑系统运行状态，建立了负荷波动最小的优化模型。同时，建立了上级电网中心代理下发负荷干预指令时的优化模型。通过各层代理之间的协同优化机制，实现电动汽车的有序充电。　　③ 针对计及光伏的优化充电模型中存在的不确定性因素，为提高优化结果的准确性，提出基于事件检测的不确定性修正方法。基于加拿大渥太华地区用户的出行特征，设置相应的仿真参数，验证本文所提优化充电策略的有效性。不同情景下的结果对比表明，优化后的电动汽车充电行为在提高光伏消纳比例、减小用户成本以及优化电网运行状态方面均取得了较好的优化效果。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 电动汽车优化充电研究现状

1.2.1 电动汽车优化充电目标及策略的研究现状

1.2.2 电动汽车充电控制方式的研究现状

1.2.3 电动汽车优化充电调度方式的研究现状

1.3 光伏和电动汽车充电协同优化研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 无序充电行为分析及集中式日前优化充电策略

2.1.1 影响电动汽车充电负荷因素

2.1.2 无序充电负荷模型

2.1.3 无序充电对电网负荷曲线的影响

2.2 集中式日前优化充电策略

2.2.1 优化模型建立

2.2.2 基于遗传算法的优化模型求解

2.2.3 算例分析

2.3 本章小结

3 含光伏及电动汽车的用户家庭用电特征分析

3.1 配电网系统结构及组成

3.2 光伏发电系统出力模型

3.3.1 不考虑充电的用电特征

3.3.2 考虑充电不确定性的用电特征

3.4 本章小结

4 基于分层式多代理系统的实时优化充电策略

4.1 多代理系统概述

4.2.1 分层式优化结构

4.2.2 各层代理之间信息交互机制

4.3 用户代理优化充电策略

4.3.1 光伏利用最大化原则

4.3.2 充电费用最小化原则

4.4.1 变压器代理优化模型

4.4.2 原-对偶内点法

4.5 上级电网中心代理指令下的优化充电策略

4.5.1 增负荷

4.5.2 减负荷

4.6 基于多代理系统的协同充电策略

4.7 本章小结

5 基于事件检测的不确定修正方法

5.1 不确定性因素分类

① 用户行为的不确定性

② 常规基础负荷的不确定性

③ 光伏出力的不确定性

④ 上级电网中心代理指令下发的不确定性

5.2.1 事件的提出

5.2.2 不确定性修正方法

5.3 算例分析

5.3.1 仿真参数设置

5.3.2 性能评价指标设置

5.3.3 仿真结果分析

5.4 本章小结

6 总结与后期工作展望

6.1 论文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

致谢