含电动汽车的微电网电压调节方法研究

摘要

近年来，由于资源和环境问题的日益突出，包含可再生能源的微网技术近年来得到快速发展。但是，由于风力发电功率和光伏发电功率的波动性，微网的节点电压也有明显的波动，特别是在孤网运行模式下，微网的电压稳定性问题更加突出。对于包含电动汽车的微网，电动汽车的有序充放电可以被用来抑制微网的电压波动。本文针对包含电动汽车和风/光发电系统的微网电压调节问题展开研究，利用电动汽车能量的双向流动特性，使电动汽车与可再生能源整合利用并参与微网电压调节，从而达到利用较少固定储能系统稳定微网关键节点电压的目的。本文的主要突出工作如下:
　　(1)建立了微网电压调节的优化模型。该模型以节点电压偏差最小为目标函数，以电动汽车、负荷和分布式电源的有功功率为优化变量，其中，可再生能源的有功功率出力在必要的时候进行削减;约束条件包括节点电压上下限约束、分布式单元功率上下限约束、支路潮流约束等，同时为了满足所有电动汽车自身的充电需求，将电动汽车的可调度容量作为约束条件加入优化模型。以任意调节时段的电动汽车可调度容量比为依据，对每台电动汽车的充放电功率进行具体安排。
　　(2)针对上述模型，提出基于Gossip算法的分布式求解方法。利用该方法，相应的优化问题可以在微网各个节点本地求解，所需要的全局信息，如，各节点电压、功率等，则通过相邻节点之间的数据交换获得，从而在不需要中央控制器的情况下实现微网节点电压的快速调节。
　　(3)以包含光伏电站、风力发电机、电动汽车、蓄电池和燃气轮机的西门子0.4kV低压微网架构为算例，验证所提方法的有效性。对微网并网、孤岛两种运行模式各自进行仿真计算，并与集中控制方法进行对比。仿真结果表明，使用所提出的分布式控制方法，在两种模式下都能够有效地调节电压，而且比集中控制方法效果更好。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 微网电压调节研究现状

1．2．1 电压调节集中控制方法

1．2．2 电压调节分布式控制方法

1．3 电动汽车参与微网电压调节研究现状

1．4 Gossip算法的研究和应用现状

1．5 论文主要研究内容

第二章 微网的结构与模型

2．1 微网系统的组成和结构

2．2 微网中节点电压与功率的关系

2．3 微网电压调节可以利用的资源

2．3．1 光伏发电系统功率模型

2．3．2 风力发电系统功率模型

2．3．3 负荷模型

2．3．4 燃气轮机模型

2．3．5 蓄电池模型

2．3．6 电动汽车模型

2．4 电动汽车的可调度容量

2．4．1 可充电容量

2．4．2 可放电容量

2．5 单台电动汽车充放电计划的制定

2．6 含电动汽车的微网电压调节总体步骤

2．7 本章小结

第三章 微网电压调节的分布式控制方法

3．1 微网电压调节数学模型

3．1．1 目标函数与优化变量

3．1．2 约束条件

3．1．3 模型的求解

3．2 Gossip算法

3．2．1 Gossip算法的基本思想

3．2．2 Gossip求平均值算法

3．2．3 Gossip求和算法

3．3 基于Gossip算法的分布式电压调节方法

3．4 集中控制方法

3．4．1 上层控制

3．4．2 下层控制

3．4．3 优化模型和求解算法

3．5 本章小结

第四章 微网并网运行电压调节算例分析

4．1 算例系统的组成和参数

4．2 权矩阵的计算

4．3 有关计算条件的设置

4．4 算例1：任意时刻电压调节过程

4．4．1 分布式控制迭代计算过程

4．4．2 集中控制迭代计算过程

4．4．3 每台电动汽车充放电功率的分配

4．5 算例2：全天的计算

4．5．1 电压调节效果

4．5．2 计算时间

4．5．3 各微电源的功率

4．6 两种控制方法的对比

4．7 本章小结

第五章 微网孤岛运行电压调节算例分析

5．1 算例系统的组成和参数

5．2 计算条件的设置

5．3 算例1：特定时刻的计算

5．3．1 分布式控制迭代计算过程

5．3．2 集中控制迭代计算过程

5．3．3 每台电动汽车充放电功率的分配

5．4 算例2：全天的计算

5．4．1 两种方法电压调节效果的对比

5．4．2 计算时间

5．4．3 各微电源的功率

5．4．4 两种控制方法的对比

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况