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计及电动汽车的区域智能微网建模与协同优化策略研究

李岩  
【摘要】:伴随着智能电网在能源系统中的定位和作用提升,以清洁能源为主导的分布式能源得到了快速发展,承载分布式能源及其配套储能装置的智能微网得到广泛重视,并逐渐呈现能源、储能、用电一体化的区域性发展趋势。电动汽车作为智能电网发展下的新型用电设备,其大规模接入与复杂、随机性运行特征将对区域智能微网乃至智能电网造成不容忽视的影响。因此,本文的研究目的旨在围绕电动汽车大规模接入区域智能微网这一研究热点,系统性的分析和解决电动汽车与区域智能微网联合运行的诸多复杂问题,探究区域智能微网与电动汽车建模优化与协同调度方法,本文的相关研究探索将为服务与支撑国家“十三五”规划“互联网+智慧能源”等重大战略具有重要意义。本文系统分析了电动汽车接入区域智能微网后车-网系统的复杂性特征和交互性影响,研究了电动汽车参与区域微网运行的研究现状和关键问题。对适用于电动汽车及区域智能微网运行特征的关键建模理论与优化方法进行了深入研究,给出了智能体建模方法和车-网系统协同优化方法,提出了适用于电动汽车及区域智能微网系统建设的智能体结构、能源接入分层控制方法以及运行优化策略。这些建模与优化方法为电动汽车大规模接入车-网系统的关键问题研究提供了理论支撑和解决方案。主要创新性工作如下:1.为准确模拟区域智能微网复杂系统,从复杂系统视角提取了区域智能微网的系统结构、控制策略和能量均衡等关键特征,深入研究了发电单元和储能单元的运行机理及其交互行为,构建了适用于区域智能微网各发电单元、储能单元运行特征的状态图和规则库,并进一步构建了与之对应的区域智能微网智能体模型及区域智能微网母线功率系统动力学模型,实现了对不同类型、不同尺度下分布式能源及储能系统运行场景的区域智能微网运行特征及能源交互的有效映射。2.面向电动汽车大规模接入对基础设施的需求及对用电负荷的影响,研究了不同类型电动汽车的运行特征及其能源补充方式,构建了准确表征电动汽车行驶规律与电能补充规则的智能体模型,并基于电动汽车对多种电能补充方式的选择,构建了适用于电动汽车与充换电站服务交互行为的离散事件模型,从而有效模拟了电动汽车大规模接入对用电负荷波动、充换电站服务能力及电动汽车用户出行能力的影响。3.为实现电动汽车的高效性与经济性运行,基于电动汽车动力电池在其全生命周期中的关键过程特征,分析其在反复充放电过程中的退化特性,提出了基于几何过程的电动汽车动力电池运行优化策略,并在电动汽车动力电池的可靠性约束下,针对不同运行策略开展电动汽车经济性的算例仿真,验证了所得最优运行策略的有效性。4.针对电动汽车在区域智能微网中的接入对车-网系统稳定运行的挑战,综合分析了车-网系统的运行机理、控制范畴及能量交互特征,构建了车-网系统智能体模型及车-网系统母线功率系统动力学能量模型,提出了适用于车-网系统负荷特征的电动汽车充电行为优化控制策略,并给出车-网系统协同优化数学模型,实现了电动汽车在区域智能微网中接入的负荷控制和能源优化,增强了车-网系统的运行稳定性。5.为实现车-网系统主要组成系统的优化运行,通过提取车-网系统中风力发电系统与储能系统运行优化的关键问题,构建了应用于风电场及储能系统的智能体模型及几何过程模型,并提出了高适用度的运行优化策略,基于所构建的模型及优化策略开展不同应用场景下的仿真试验,验证了所建模型及优化策略在车-网系统可靠性运行及经济性评估等方面应用价值。


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