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电动汽车储能特性及其配置方法研究

刘瑜俊  
【摘要】:随着化石能源的日益枯竭及其带来的环境问题的愈加严重,低碳环保的新能源形式大量接入电网,给电力系统带来了充沛资源,但是其随机性和波动性也给电力系统供电可靠性和电能质量带来不利影响。电动汽车技术的快速发展,给解决这一矛盾提供了可行的解决方案,越来越受到社会各界的关注。一方面,电动汽车以电能作为主要的动力能源,能够实现零排放,是解决能源短缺和空气污染问题的重要手段。另一方面,电动汽车以动力电池作为能量存储的核心部件,潜在地给电力系统提供了大量储能设备。有效利用电动汽车储能形式,既能够作为可再生能源运行过程中的能量缓冲,又无需高昂的储能装置投资,具有广阔的发展前景。本文围绕电动汽车储能特性展开研究,主要内容可分为三大主题。首先是电动汽车充放电负荷预测,基于蒙特卡洛等方法进行了多层次的预测工作;其次是可调度容量评估,创新性地引入了接入概率的概念,对电动汽车充、放电可调度功率和能量分别进行了定义和评估;最后是电动汽车储能的配置方法,提出了分别用于削峰填谷和功率平滑的配置方案。具体开展的工作总结如下:1.综述了各类型电动汽车动力电池的原理,并对其各自性能进行了对比;介绍了目前电动汽车动力电池成组应用的运行参数及其充电模式。对各类型电动汽车的时空特性进行了详细的分析,并建立概率模型对时空特性进行描述,为后续电动汽车的研究提供了仿真基础。简要阐述了V2G技术的基本概念和实现方式,并进一步解释了本论文电动汽车储能的构建方式。2.提出了基于Logisti c曲线拟合的汽车保有量预测方法,并创新性地使用最小一乘法对曲线拟合法进行改进,避免了偏离数据对预测结果的影响。在此基础上,使用蒙特卡洛模拟法建立了电动汽车运行场景,对智能小区夏季和冬季的充电负荷进行了预测,并根据预测结果给出了小区配电变压器的升级方案。然后又继续对典型城市快速充电负荷进行了预测,分析了快速充电在电量增长和峰谷差方面对电网的影响。最后对电动汽车动力电池的放电特性进行了分析。3.借鉴电力系统可靠性的理论,创新性地提出了电动汽车接入概率这一概念,使得个体具有强不确定性的电动汽车在群体接入状态上呈现出规律性。在此基础上,进一步定义了电动汽车可调度充放电容量的概念,基于概率论提出了用于评估各类型电动汽车可调度充、放电功率和能量的概率模型。算例构造的仿真场景的模拟结果,表明了电动汽车确实具有一定的可调度潜力,有助于电力系统实现电动汽车的规划配置和实时调度。另外还进一步深入研究了需求侧管理对可调度容量的影响。4.以电动汽车充放电状态对负荷曲线的影响为切入点,深入研究了电动汽车参与电网削峰填谷的原理,创新性地给出了单时段和相邻时段削峰填谷过程的机理描述,并提出和分析了可能存在的削峰失败的问题。根据削峰填谷原理的分析结果,提出了以降低电网负荷峰谷差为目标函数的电动汽车配置方法。该方法使用截线面积法来确定削峰填谷的需求,在保证电动汽车自身充电需求的前提下,配置足够削峰填谷能力的电动汽车来降低电网峰谷差。5.借鉴传统储能平抑可再生能源功率波动的配置方法并加以改进,提出了适用于电动汽车储能的功率平滑配置方法。该方法通过傅立叶变换确立功率平滑目标,再配置相应能力的电动汽车用于目标的实现。算例中不但单独使用私家车实现了风电输出功率短时功率平滑的配置方案,而且使用了多种类型的电动汽车实现了其与风电较长时间协同出力的配置方案。


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