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考虑电动汽车广泛接入的电力系统规划与运行策略

姚伟锋  
【摘要】:由于国家相关补贴政策的引导、动力电池续航性能的改善以及居民环保意识的增强,电动汽车正在世界范围内日益受到消费者的青睐。然而,未来可入网电动汽车的规模化应用,将对电力系统规划与运行层面的现有理论和方法提出新的挑战。大量电动汽车的无序充电行为有可能给电力系统的安全与经济运行带来显著的负面影响,例如增加系统投资和网络损耗、加剧负荷峰谷差以及降低电能质量。在此背景下,本文从规划理论和运行策略2个角度出发,对电动汽车广泛接入后现有电力系统尤其是配电系统所需面临的一些新问题开展了一些前瞻性的基础研究。具体研究内容主要包括: 1)提出配电系统与电动汽车充电网络的协调规划方法。基于节点充电需求给出了分散式充电桩的规划策略,并采用基于用户平衡的交通配流模型深入分析了快速充电站对交通流量的截获能力。之后,以系统投资成本和网络损耗成本之和最小、快速充电站截获的交通流量最大为目标构建了配电系统与电动汽车充电网络的联合规划模型,从而实现了配电系统扩展规划与电动汽车充电网络建设的协调。 2)提出考虑电动汽车广泛接入的配电系统灵活规划策略。首先,从规划水平年常规负荷发展水平、电动汽车保有量、有序充电策略能否顺利实施这3个不确定因素出发,构建了未来可能场景的集合。其次,针对自由充电和有序充电两种不同的充电模式分别给出了电动汽车充电负荷的计算方法,并为有序充电模式提出了切实可行的实时调度策略。最后,发展了能计及适应成本的配电系统灵活规划方法。算例测试结果表明:该策略有望为配电系统投资者规避一定的经济风险。 3)提出大量电动汽车参与削峰填谷的双层优化方法。构建了对电动汽车进行分层分区调度的框架,并设计了适应该调度架构的数据分组技术和信息交互机制。之后,提出了对电动汽车充放电行为进行优化调度的双层优化模型:上层模型的决策者为系统调度机构,通过制定各电动汽车代理商的有序充放电策略,以平抑系统的负荷波动;下层模型的决策者为各电动汽车代理商,通过对所管辖电动汽车各时段充放电行为的有序控制,从而实现对上层调度计划的紧密跟随。 4)提出适应电力市场环境的传统机组与大量电动汽车的协同调度策略。在未来电力市场环境下,认为电动汽车代理商可通过与传统机组类似的方式被系统调度机构调度管理。基于此假定,构建了传统机组与大量电动汽车协同调度的双层优化模型。上层模型通过对传统机组和电动汽车代理商的联合调度,使系统运行成本最小化;下层模型通过对大量电动汽车进行有序充放电管理,从而实现对上层模型输出的代理商的充放电计划进行有效响应。 5)提出集中充电模式下的电动汽车调频策略。首先描述了集中充电统一配送这种换电模式的业务流程,进而分析了调频容量调用比率的统计规律以及电动汽车参与V2G服务的电池损耗成本。为适当模拟和处理能量市场和调频辅助服务市场出清价格的不确定性,发展了集中充电模式下电动汽车参与系统调频的鲁棒优化模型,从而实现了在可接受的经济风险水平下合理确定集中充电站次日各交易时段的充电计划和为系统提供的调频容量。 本文所提出规划方法和运行策略有望为电动汽车的广泛入网提供技术支撑,并进一步丰富与完善电力系统规划和运行层面现有的理论体系和应用框架。


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