计及可入网电动汽车的阻塞管理研究电气自动化专业.doc
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1、计及可入网电动汽车的阻塞管理研究摘 要随着电动汽车的规模性发展,主动配电网中电动汽车的渗透率逐渐提高,它拥有随时可以控制充电及放电时间转移的功能,让电动汽车充电、放电时间的规律成为左右主动配电网负荷峰值的关键要素之一。在目前政府对电力市场采取鼓励政策的环境下,电动汽车群充电展现了较好的灵活性。因此在此基础上,本文针对电动汽车在主动配电网中的充电柔性,开展了当前电力市场环境中利用市场机制管理控制电动汽车充电负荷的研究,以达到消除电力负荷尖峰及配电系统拥堵的目的。针对电动汽车不同的充电活动所需的不同功率,本文提出了电动汽车充电、放电负荷的一种运算方式,即是蒙特卡洛模拟抽样起始荷电状态、起始充电时间
2、来得到充放电中可控容量的曲线,对我国将来电动汽车充电、放电负荷的整体态势开展了分析研究。利用Matlab软件来改善程序,分别分析了传统模式与电动汽车参与阻塞管理的情况下,消除输电线路阻塞的方法与可行性。在传统模式下,可以通过中断某节点的负荷和调节分布式发电机两种方法来消除阻塞;在电动汽车参与阻塞管理时,建立计及电价的基于V2G的输电阻塞管理模型,将电动汽车作为分布式储能单元,从负载端调节并通过发电机的配合调整以消除输电阻塞。通过matpower潮流计算成程序,计算并比较使用三种方法消除阻塞的费用。最后以IEEE14节点为例,证明该文的阻塞管理模型可实现降低主动配电网的阻塞效应,有利于提高电网运
3、行的安全性和经济性。关键词:电力市场,阻塞管理,电动汽车,V2G重庆大学本科学生毕业设计(论文) 英文摘要ABSTRACTWith the large-scale development of electric vehicles, the penetration rate of electric vehicles in the active distribution network is gradually increasing. It has the function of controlling the charging and discharging time transfer at a
4、ny time, and the regularity of charging and discharging time of electric vehicles becomes an active distribution network. One of the key elements of load peaks. In the current environment where the government has adopted an incentive policy for the electricity market, the charging of electric vehicl
5、e groups has shown greater flexibility. Therefore, based on this, this article aims at the charging flexibility of electric vehicles in active distribution networks, and conducts research on the use of market mechanisms to manage and control the charging load of electric vehicles in the current elec
6、tricity market environment in order to eliminate power load spikes and power system congestion. the goal of.Aiming at the different power required for different charging activities of electric vehicles, this paper proposes a calculation method for the charging and discharging loads of electric vehic
7、les, that is, the initial state of charge and initial charging time of Monte Carlo simulation to obtain the charge and discharge. The curve of controllable capacity has carried on the analysis and research to the overall situation of electric vehicle charging and discharging load in China in the fut
8、ure. Matlab software was used to improve the program, and the method and feasibility of eliminating the blockage of the transmission line under the condition that the traditional mode and the electric vehicle participated in the congestion management were analyzed. In the traditional mode, blocking
9、can be eliminated by interrupting the load of a node and adjusting distributed generators. When an electric vehicle participates in blocking management, a V2G-based power transmission congestion management model that takes into account the price is established, and the electric vehicle is treated as
10、 The distributed energy storage unit is adjusted from the load side and adjusted by the generators fit to eliminate the resistance plug. Through matpower power flow calculations, calculate and compare the use of three methods to eliminate the cost of blocking. Finally taking the IEEE14 node as an ex
11、ample, it is proved that the congestion management model of this paper can reduce the blocking effect of the active distribution network and help improve the security and economy of the power grid operation.Key words:Electricity market, congestion management, electric vehicles, V2G目 录中文摘要ABSTRACT1绪论
12、1 1.1论文的研究背景和意义论文的研究背景和意义1 1.1.1论文研究背景1 1.1.2 XXX2 1.2 XXX3 1.2.1 XXX3 1.2.262 XXX126 结论38 6.1 XXX38致谢参考文献40附录A:XXX公式的推导431 绪论1.1 论文的研究背景和意义1.1.1 论文研究背景随着电力领域向着市场化发展,整个电力领域有了更多及更新的机遇和挑战。输电系统的阻塞就是其中一个重大的挑战,其是市场环境下保障电网能够平稳运转的关键,输电阻塞即是输电系统因其自身网络容量的约束而无法完成所有输电任务。其一般是指输电系统处于正常或开展事故安全检查的状态下发生了这些事件:一个是输电线路
13、或者变压器的有功潮流大于了规定的上限,二个是系统中节点的电压超过了限制。在电力系统市场化改革之前,因为系统的调度方和各发电厂属于同一个主体,对于输电阻塞的管控仅需由垄断电力企业的调度者对相关电厂的调节机组发出调度信号直到整个输电系统在限制范围内运行就行。但是在这些年电力系统市场化改革越来越深入、跨区域电能的交易互通越来越频繁的情况下爱,输电阻塞已成为越来越严重的问题。网络潮流的分配规律变化受到电力交易分配规律的影响,而电力交易因其市场化的逐利行为特征,难以避免地会导致电力系统中部分价格较低的节点或线路出现超负荷运转的情况,进而引起更多的输电阻塞,对整个电网系统带来了极大的安全运行隐患。在这样的
14、情况下,要良好地解决电力阻塞的问题则必须要制定一个成体系的规则对发电机及其复合开展高效的管控,以保证系统短时间内运转的安全性、可靠度,并为电力系统的长远投资给予高效的规划建议。 1.1.2论文研究意义理想状况中,电力系统里的分布式电源、储能装置等双向互动能够在可调度的限制中完全满足市场价格调度的要求,减少自身的成本、优化提升效益并提升电力系统的总体效率。不过没有限制或者引导的用电活动以及无理的调度活动都会造成电力系统的超负荷及阻塞,从而对配电系统的安全运行、经济效益产生影响。利用合理的价格的措施还能够鼓励激发不同可以灵活进行资源的调度来形成对市场价格趋势的自动响应,避免输电阻塞的问题。电动汽车
15、可看做为一种新兴的可灵活调度资源,它能够利用V2G(Vehicle-to-Grid)技术协调电动汽车和电网间的充放电,使电动汽车对电网的安全稳定运行给予帮助。V2G通过电动汽车丰富的储能资源来缓冲电网及可再生能源。当电力系统的负载太高便可通过电动汽车储能进行输电;反之当负载太低时,可用电动汽车来储能,消除电力的浪费。利用市场化的价格机制引导电动汽车有序充放电,用户基于电价的变化对各时段电动汽车负荷进行需求响应,不仅能达到削峰填谷和规避电力系统阻塞的效果,也给电动汽车用户带来一定的经济收益,从而实现了用户和电力系统的双赢。因此,对可入网电动汽车参与阻塞管理的研究具有重要的现实意义。1.2 国内外
16、研究现状目前全球学者对于电力系统的电网阻塞已经有了许多研究,有了许多减小或解决阻塞的行之有效的措施。在电力领域市场化不断改革发展的形势下,因为市场化对阻塞的主导性影响,让当前对阻塞的管控任务产生了改变,以往单纯地去除线路过量负荷而调整发电机的相关设定已经不适用当前的形势,需要通过确定一个规则体系来管控发电机及在和,使电力系统的短期运转能更加安全可靠,并为电力系统的长远投资规划提供优质的决策。1。传统方法中去除阻塞的主流措施有2种:在技术上,依靠科学合理的调度措施及方法或者通过灵活交流输电等技术来缓解电力的阻塞;在经济上,可以通过价格机制的运转来对经济合同进行影响,比如输电阻塞合同等,以处理阻塞
17、问题。全球电力市场中主流有效的交易模式有2种,联营交易模式以及双边交易模式2,而阻塞管控措施需要根据所采取的电力市场交易模式来确立,研究者们针对各种不同的模式确立了不同的解决措施。现今在电动汽车领域越来越壮大的情况下,把它当作接入输电网络的一种全新负荷,其拥有柔性调度和不确定的特性,在充分普及开后会根据不同的充电秩序而极大地左右电力系统的需求响应以及阻塞管理。EV的充电负荷以及考虑了V2G技术的放电负荷,其在电力系统优化运转的作用和未来发展已经得到大量认可,世界多位研究者都对如何管理电动汽车其V2G技术来完成电力系统的负荷协调、消除负荷尖峰和阻塞进行了广泛研究。 1.2.1 传统阻塞管理方法(
18、1)联营交易模式下的输电阻塞管理方法在这种模式下,发电厂商和用户需要给联营中心提供自己的电力功率/价格曲线,电力联营中心收到数据后再针对不同的目标来规划出满足各方要求和限制的发电方案。在这样的约束方程中考虑网络安全约束问题,便可以得到有着阻塞管理的发电方案。在国际电力市场里,阻塞管理的方法主要分为节点电价法、分区电价法等3种方法。北欧和加州的电力市场主要使用分区电价方法,英国主要采用上下限约束的方法来开展阻塞管控。(2)双边交易模式下的输电阻塞管理在这种模式下,发电商和用户需要进行自主交易,双方确定交易量后再向独立的系统调度员提供议定的合同、每个发电机的增发与减发电价。独立系统调度员将按照所有
19、交易合同的情况来核查电力系统的安全状态,当存在输电阻塞时便按照既定的目标调整发电机的输出来缓解消除问题。(3)利用输电权进行输电阻塞管理输电网是发电商及用户之间的电力输配通道,其能否正常运转不只极大程度地影响着整个系统的安全性与可靠性,还对市场化中的竞争产生着影响。因为负荷波动及电力无法大量而经济适用地储能等因素,使得电能的价格随时都在起伏着。为了规避电价及相关投资策略的潜在隐患,需要一个成熟的机制来去除市场参与者面临的威胁。文3对于输电权的相关方法,它是与输电容量相关的各种权利,能够给予输电权持有者相应的输电容量以及其他经济权利。在考虑输电权后电力市场的交易资源出了电能和辅助服务外新增到了3
20、种。输电权方法能够明确电力阻塞的相关耗费,并通过市场化的措施来开展管控。1.2.2电动汽车通过V2G参与阻塞管理(1)V2G的概念电动汽车的动力来源是其内置的可充电电池,它的发展壮大离不开电力系统的保障。电动汽车入网(Vehicle-to-Grid)技术就是在这种背景下产生的。V2G概念最开始是美国学者Kempton和Letendre在上世纪90年代末提出的4。这个技术对电动汽车与电网的全新交互形式进行了阐述,电动汽车的功能不只是消耗电力,而在其闲暇时间段还能够作为一种可再生的绿色能源对电网系统供能,完成控制下的电动汽车与电网之间能量的相互交换。电动汽车入网技术阐释了汽车入网后,与电网进行交易
21、来出售响应服务或协调充电功率的交互体系。因为大多数的汽车每日的闲置模式占比高达95%,内置的电池有大量的机会参与到V2G中来完成其和电力系统的双向交互5。(2)电动汽车参与阻塞管理在电动汽车入网技术下,EV 既可以作为系统的负荷,又可以作为分布式储能设备,成为配电系统中可灵活控制且对系统运行助益效果显著的调度对象。当汽车上的电池需求电能时,电力系统便自主为汽车开始充能;当车辆闲置时便将多余的电能返销给电力系统。电动汽车做成一个电能储备设备及峰值协调系统,能够在电网电能充裕时补足电能,提升电网的使用效率,能够在电网用电高峰时对外供电,减少电网的负荷压力,提升其运转的安全性和可靠度。电动汽车入网技
22、术能够在用户和电力系统之间建立起实时的交互平台,利用电动汽车参与充电、放电的模式来增强电网的运行效率。在电网的高负荷时段,电动汽车能够成为其优质的峰值调至的装置,集中为电力系统补充电池中的声誉点亮,来替代相关的调峰电厂以协调减缓电网的负荷压力。此外,电动汽车除了这个功能外还可以消除输电阻塞以及电力的功能不足等问题,因为它更接近用户的生活,所以在这样的能量转换后能够立刻生效利用,可以减少长距离运输而引起的电能、热能损耗,使综合利用率达到75%到90%之间。在电网比较闲暇的时段,就可以自动为电动汽车进行充电啊,集中对电力进行移动式储备,以避免传统电力系统存在的空耗问题。1.3 本文所做的工作本文将
23、针对电力系统市场化形势下,以市场机制管理电动汽车通过V2G来完成电力协调、消除负荷尖峰和电网阻塞问题进行研究,重点将从这些方面开展:(1)电动汽车充放电负荷特性研究预测电动汽车保有量,分析电动汽车的行为特性及用户习惯,采用蒙特卡洛模拟方法,通过抽取起始SOC、每日行驶距离、起始充电时间等来计算电动汽车的充放电负荷,通过Matlab仿真得到一天24小时电动汽车充放电可控容量曲线并进行分析。(2)研究传统模式下的阻塞管理 对传统的需求侧阻塞管理进行研究,主要通过可中断负荷和调节分布式发电机两种方法来消除阻塞。分别建立数学模型,考虑其电价,均以发电费用最小为目标函数,约束条件具体分析。当某条输电线路
24、出现阻塞时,可以切断线路上某节点的负荷,使线路传输容量降低,从而消除阻塞;也可以调整发电机组出力,使备用发电机组多出力,从而消除阻塞。两种方法均可使电力系统安全稳定地运行。 (3)电动汽车参与阻塞管理 建立基于V2G的输电阻塞管理模型,考虑电动汽车电价,同样以发电费用最小为目标函数。电动汽车作为一种可灵活调度资源,在电网负荷低谷时,电动汽车充电,以储存电网剩余的大量电能,避免浪费;在电网负荷高峰时,电动汽车可向电网反向送电,以消除阻塞。(4)算例分析以IEEE14节点为例,分别研究使用三种方式消除阻塞的效果。对于传统方法,使用Matpower潮流计算程序,分别计算出切断某个节点负荷或调整发电机
25、组出力后,系统阻塞的消除情况及所需费用。在V2G模式下,利用Matlab软件编程,在有功负荷平衡、机组功率上下限、线路额定传输容量及电动汽车数量等约束条件下进行优化,并根据实际情况中的电动汽车行为特性,得到调整前后的线路传输容量曲线,根据曲线分析电动汽车参与输电阻塞管理的效果。经过发电费用的比较,验证本文建立的基于V2G的阻塞管理模型的可行性与经济性。2 电动汽车充放电负荷特性研究影响电动汽车充放电负荷的因素很多,本文主要考虑了电动汽车保有量、充电功率、充电时间、充电方式等。本文选择蒙特卡洛模拟法来展开研究,经由起始荷电状态、起始充电时间等来计算电动汽车的充放电负荷,求取电动汽车充放电负荷特性
26、曲线,并对曲线进行分析。2.1电动汽车发展现状及保有量预测21世纪以来,世界对于石化能源的需求及消耗在持续增加,全球都面临着能源短缺、自然环境破坏等问题。而电动汽车(Electric Vehicle)将电能代替汽油来驱动可以实现污染物的零释放,和目前主流的燃油车比较可以极大程度地缓解与解决大气污染等难题。伴随着世界上不可再生能源的短缺以及新能源能源的飞跃,电动汽车在其经济适用性上已经在迅速追赶燃油汽车的脚步,其拥有的环保节能属性,将使电动汽车成为未来全球市场的宠儿,代表着将来整个汽车行业的改革方向。最近几年,全球重要的汽车大国均发表声明,把电动汽车行业的发展作为国家战略来保护和推进。特别是在部
27、分欧盟成员国内,不单提出了禁售燃油时段,将其赋予法律效力,还采取了很多燃油汽车限行措施。我国的电动汽车领域也正在全面而大力地发展着,更把新能源汽车划为了我国未来重要的战略性产业其一。习近平总书记强调:发展新能源汽车是我国从汽车大国走向汽车强国的必由之路。并且我国中央出台了多个新能源领域的激励政策,在这种形式下我国的新能源汽车市场出现了跨越式的增长,每年都是一个全新的大台阶。2017年中国新能源汽车产业发展报告对我国今后新能源汽车的持有量进行了估算,具体数据如表2-1所示:表2.1年份20162017201820192020保有量1011782804206002.2 电动汽车充放电特性2.2.1
28、.充电特性电动汽车的充电性能由3个重要因素确定,包括充电时的电流、电压及时间。电动汽车所用的蓄电池不同,其充电特性也会有一定的差距。目前可行的电动汽车充电服务模式包括整车充电和机械充电(换电)模式。整车充电模式是指车辆停靠期间为电动汽车进行直接充电,完成能量补给。根据充电时间的不同,整车充电又可分为常规充电和快速充电两种。下面详细介绍3种充电方式:(1)常规充电常规充电又称为慢充,充电时间一般为58h,较长的甚至达到10h,且充电电流通常较低,约为16A和32A。常规充电方式对汽车来讲,由于只需要充电接口和车载充电机等主要设备,便于对汽车的设计和电池的封装。同时,因为充电时的电流、功率较小,也
29、不会对电池的生命周期产生什么影响。对于电力系统而言,因为电流和功率较小其产生的电网影响也较为轻微,但因为充电时间和地点的不确定性因素,要求配电网的支撑能力较高。此外,由于充电时间较长,需要较长时间占用车位进行充电,在如今大城市土地资源紧张的情况下,常规充电存在较大的限制,因此电动汽车使用的便利性受到一定的限制。(2)快速充电快速充电也可以称之为应急充电,它是通过为电动汽车的临时停泊供以短时而较大电流,其供电电流在150A到400A之间,通常情况是直流电流,通过非车载充电机实现大电流充电,充电功率可以做得较大,实现在2030min内,为电池充电50%80%。快速充电的最大优势在于充电时间短,可以
30、满足电动汽车紧急充电的需求。但是,充电电流越大,充电时间越短,电池寿命越容易受到破坏,电力系统越容易受到冲击而引起公共电网中各种电流参数的波动,形成谐波危险。快充对充电网络的可靠度、安全性也有着非常严格的限制,所以目前的技术水平导致快速充电难以大范围推广利用,只适用于专用的充电站,能够为新能源汽车应急充电。(3)机械充电这种模式的另外一个名称是换电模式,它的原理是利用电池组的迅速替换来实现充电。电池的组的替换全程仅花费10分钟左右,不过因为电池组本身较重,且替换的技术含量很高,要有专门的技术人才使用专门的机械设备才能短时间内实现电池组的更替、充电等操作。2.2.2.放电特性动力电池是整个电动汽
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