电动汽车对区域配电网的影响评估及其控制策略研究

【摘要】：当前,全世界各个国家面临着严峻的能源危机和环境危机:一方面,石油资源日益枯竭;另一方面,环境污染问题日渐凸显。汽车工业是造成这两大危机的重要因素之一。在此背景下,世界各国开始逐渐意识到,汽车工业需要在传统的内燃机汽车的基础上迎来全新的技术和发展模式变革。即用一种更为清洁环保的汽车逐渐取代内燃机汽车,并通过技术革新引领交通发展模式的转变。从而,能够有效地环节能源危机,实现人类社会的可持续发展。电动汽车的诞生有效呼应了这一变革需求:电动汽车以电动机代替内燃机作为原动机,以电力代替柴油和汽油,在运行过程中能够实现零排放,并且有利于碳集中排放和治理。从而,能够在有效减少汽车工业对环境冲击的同时,缓解了对石油的依赖和过度消耗。因此,大力推动电动汽车行业的发展,是全球各国应对当前能源危机与环境危机的重要手段之一。但是大规模的电动汽车在接入电网过程中产生的冲击电流、谐波以及无功功率等,将影响电能质量并且威胁电网供电可靠性,给电网的安全稳定运行带来隐患。同时,电动汽车在结束日常通勤后的充电时段与电网日负荷高峰时段的自然重合,也是导致电网不稳定的因素之一。因此,结合我国配电网发展规模和水平,研究分析未来电动汽车接入对区域配电网在安全、经济、效率等各方面的影响,对接入区域配电网的电动汽车进行投资规划和运行调度,在此基础上,制定考虑电动汽车影响的配电网建设及电动汽车控制建议,对推动我国电动汽车产业的大规模发展、区域配电网的协调运行意义重大。本文的研究内容包括三大部分,一是分析评估电动汽车的接入对区域配电网产生的影响,二是在电动汽车接入背景下,区域配电网应对策略及电动汽车控制模式研究,三是考虑电动汽车影响的配电网建设及电动汽车控制建议。首先,评估了电动汽车接入对区域配电网的影响。研究内容可以分为三个部分,一是基于蒙特卡洛法的概率潮流模型分析,二是日常电力需求仿真模型分析,三是电动汽车运营模型分析。第一,通过构建基于蒙特卡洛仿真的概率潮流模型框架,对配电网三相维度以及潮流算法进行探讨,是电力需求模型和电动汽车运营模型构建的基础;第二,通过建立日常电力需求模型分析区域配电网的负荷分布及负荷曲线形状;第三,建立电动汽车运营模型,模拟电动汽车充电行为,从而确定电动汽车的充电需求,分析电动汽车充电给区域配电网带来的影响。其次,研究了电动汽车接入后区域配电网应对策略及电动汽车控制模式。研究内容可以分为两个部分,一是与商业建筑互联的电动汽车最优规划模型研究,二是基于多智能体系统的电动汽车调控模型研究。第一,从微电网规划投资角度出发,构建与商业建筑互联的电动汽车多目标规划模型,模型综合考虑了电动汽车入网所带来的经济效益和环境效益,对微电网内各设备的优化运行决策进行仿真分析;第二,从配电网运行调度角度出发,提出面向大规模电动汽车并网的需求侧管理方案,并构建面向电动汽车充电运营服务系统的多智能体体系结构,以证明多智能体系统解决方案的优越性和有效性。最后,提出了考虑电动汽车影响的配电网建设及电动汽车控制对策建议。研究内容可以分为两个部分。一是从配电网角度出发,提出区域配电网的应对策略,二是从电动汽车角度出发,提出区域配电网的应对策略。第一,以消除和弱化电动汽车接入带来的不利影响为目的,围绕未来电网发展方向——智能电网,在研究其和电动汽车的关系的基础上,提出未来考虑电动汽车影响的智能电网优化建议,旨在在保障配电网的安全、经济运行的前提下实现与电动汽车的协同发展;第二,从电动汽车角度出发,以充电行为经济性为目的,综合考虑电动汽车充电与配电网运行相互协调,从电动汽车充电设施建设和有序用电管理两方面出发,提出电动汽车的控制策略,研究具体的控制办法和激励途径,提出科学的具有可操作性的电动汽车控制方案,具有较强的现实意义。