电动汽车并网充电模型及应用研究

全球能源、环境危机使得电动汽车产业逐渐引起了各国的重视。大量电动汽车并网既可对电网安全稳定运行带来隐患又可为其提供力所能及的辅助性服务，诸如调频、调压、调峰、旋转备用、补偿新能源间歇性等。换言之，大量电动汽车充电对电网而言利弊并存。能否化弊为利则取决于调度中心对充电过程的调度与控制是否合适。因此，研究电动汽车充电的调度与控制问题具有重要理论及实际意义。 首先，探究了大量电动汽车并网充电的动态物理过程，将该过程描述为以电动汽车并网速率为扰动变量的大量充电负荷由低充电状态（SOC-state ofcharge）向高SOC扩散的动态扩散过程。基于这种描述采用扩散理论建立了电动汽车的扩散负荷模型。并运用扩散负荷状态空间模型及蒙特-卡诺负荷模型对私家车电动汽车充电负荷进行了计算对比，计算结果验证了所建模型的准确度。该模型能准确量化总体充电负荷的控制参量—电动汽车并网速率和充电功率，能反映不同连续时刻充电负荷之间的内在物理关联性。因此，该模型可应用于电动汽车最优充电策略制定以及电网辅助应用诸领域。 其次，提出一种基于电动汽车扩散负荷模型的最优充电策略，其核心思想是在满足电网运行条件约束、用户用车需求、避免影响电池寿命及杜绝维数爆炸四方面要求前提下，以可调度时段内网络总损耗电量最小为最优目标，最优分配各子时段电动汽车并网数量，以优化各子时段充电功率。以IEEE33节点配电系统为对象，分析了用户自主充电及最优充电策略对该系统负荷、网损和电压的影响。结果表明，最优充电策略能够显著缩小系统峰谷差，提高负荷率，减少系统网损，改善电压质量，实现电网与用户双赢，实用价值巨大。 最后，结合电动汽车参与实时补偿AGC系统中ACE调节功率问题，分析了电动汽车参与电网辅助性服务问题。在分层分区控制模式下将区域内大量电动汽车聚合成“虚拟发电厂”。采用电动汽车扩散负荷模型对该问题进行了数学分析，构造出ACE调节功率与电动汽车可控充电功率差值的李雅普诺夫能量函数。统筹兼顾电动汽车数量和ACE实时调节功率两方面的随机性，设计了闭环鲁棒控制系统并证明了其稳定性。数值仿真表明该系统能使“虚拟发电厂”对外部传统ACE调节功率信号做出准确响应，且不影响用户正常用车需求，具有良好性能并有广阔应用前景。