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面向规模化电动汽车入网的充电站布局优化及有序充电策略研究

徐浩  
【摘要】:电动汽车是一种可有效降低噪声污染、温室气体和有害气体排放及化石能源消耗的清洁能源交通工具。近年来,随着电力系统规模的扩大、电池技术的不断完善以及环境污染和能源短缺两大危机愈演愈烈,电动汽车逐渐获得了世界范围内的高度重视和快速发展。从各国政府及制造商制定的相关发展规划来看,在不久的未来电动汽车的市场份额将达到一个较高水平。但作为一种充电随机性极强的大功率电力负荷,电动汽车规模的扩大一方面将滋生巨大的充电设施配建缺口,另一方面还将威胁电网的安全经济运行。本文面向未来规模化的电动汽车市场,对充电站优化布局和有序充电两个问题作了深入地研究,并取得了以下成果: 针对现有充电负荷模型中电动汽车电池容量利用率低的问题,提出了一种计及多日一充模式的规模化电动汽车充电负荷建模策略。该策略依据日行驶里程差异划分出了六个用户类,并在详细分析各用户类中单个用户充电起始时刻和充电时长概率特性的基础上,提出了单个用户在指定时刻充电负荷期望值的计算方法。在此基础上,基于大数定理提出了规模化电动汽车在各工作日内集群充电的总充电负荷计算模型及其离散处理方法。此外,本文提出了元日期窗口的概念,并分别模拟了两类多日一充模式下各用户类中的用户在元日期窗口内充电的概率分布。 针对现有充电站布局策略在定位备选充电站点时掺杂过多主观假设的问题,提出了一种基于备选充电站点定位分析的充电站优化布局策略。该策略基于P-中位思想详细论证了单条道路上的最优站点,并分别针对无权道路和有权道路提出了定位备选站点的逐一分析法和整体分析法,获取了待规划区域内的备选站点集。在此基础上,以待规划区域内所有充电需求点的总充电到达成本最小为目标函数、以所求备选站点集为搜索范围,建立了充电站布局优化模型。 针对现有有序充电策略未能充分考虑和应用后续时段内新增充电请求的问题,提出了一种计及充电请求预测补偿的住宅区有序充电控制策略。在均分出的每个控制时段末,该策略依据实际新增充电请求数据修正了先前控制时段对当前控制时段新增充电请求的预测结果,并采用预测结果对后续各控制时间段内的新增待充电请求作了补偿,提高了充电请求预测结果的应用效果。在此基础上,构建了使系统负荷波动最小的有序充电控制模型。 针对现有有序充电策略未能充分挖掘和利用电动汽车储能优势的问题,在将多日一次模式作为部分用户固有充电模式的基础上,提出了一种扩展时间尺度下的住宅区电动汽车有序充电策略。详细分析了扩展时间尺度下用户个体和用户群体的充电行为特性;提出了扩展时间尺度下用户充电起始时刻值域空间的计算方法;在此基础上,构建了以扩展时间尺度上系统负荷峰谷差最小为目标的充电优化模型。


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