规模化电动汽车充电的影响及充电策略研究

PAGEPAGEIV摘要伴随全球经济的快速进展，能源短缺，环境污染，以及温室效应的现象，成为现阶段社会急需处理的问题。因此，清洁，以及可再生能源的挖掘与利用，已作为全球各国不可回避的问题。基于这一情况下，因为以往的汽车，对于化石燃料，以及废气排放造成的环境污染，汽车工业也慢慢发展环保型电动汽车。作为一种新型交通工具，电动汽车以更清洁的电力替代更多的燃料，污染更小，噪音更小。与以往的汽车比较，电动汽车在保护环境，缓解能源风险，降低人们对化石燃料的依附上，存在较好的优势。而且电动汽车作为一种灵活的分布式电力负荷和储能单元，通过合理的调度可以很好地与新能源发电配合，对于今后电力系统的调频，储备，保障电力系统的可靠性，经济运营等带来了新的应对方案。所以，电动汽车一旦生产，就得到全球各国的关注与运用，并得到快速发展。伴随电动汽车的快速进展，电动汽车的规模量持续上升，电动汽车的充电负荷也在不断增加，这对电力系统的安全可靠运作的要求就更高了。大型电动汽车的充电，必然会影响电网的有效运作，造成电力质量下滑，设施过载等问题，所以，电动汽车充电对于电网的作用，以及怎样合理地指导，与控制接手段，以对电动汽车充电负荷的进入展开控制，实现有序充电以减小这些影响，成为亟待研究的课题。大型的电动汽车充电，是一个强大的随机过程，有许多因素交织在一起。电动汽车充电对电网的作用，以及怎样有序地对其展开控制，已作为国内外关注的焦点。本文研究了电动汽车充电对电网的影响，分析了充电控制政策，研究了影响电动汽车充电负荷的关键因素。它们是电动汽车的运行规律，电动汽车的规模，电动汽车的充电模式，以及动力电池的充电特性。改进了电动汽车行驶规律的研究模型，在以往的模型，以及蒙特卡罗方法的基础上，该方法能够计算相应充电功率，以及相应车辆尺度的电动汽车的无序充电负载，能够更为精确地计算出该文章的后续分析的基础。本文提出了在峰谷分时电价的动态排序充电控制政策的基础上，以减少电动车充电造成的网损，为优化对象，以变压器功率上限和各节点电压偏移为约束条件，将有充电需求的电动汽车“择优”接入并实时更新，为了满足电动汽车的有效充电，降低充电负荷对电网的负面作用。关键词：电动汽车；充电影响；分时电价；智能充电；充电策略Abstract

目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1研究背景及意义 11.2电动汽车发展史及现状 21.2.1电动汽车发展历史 21.2.1电动汽车发展现状 41.3国内外研究现状 71.3.1国外研究现状 71.3.2国内研究现状 81.4本文的研究内容 92规模化电动汽车充电的影响研究 112.1电动汽车种类及充电模式 112.1.1电动汽车种类 112.1.2电动汽车充电模式 122.2规模化电动汽车充电负荷计算方法 142.2.1电动汽车充电负荷影响因素 142.2.2电动汽车负荷计算方法 192.3规模化电动汽车充电的影响分析 202.3.1规模化电动汽车充电对电网的安全性影响 202.3.2规模化电动汽车充电对电网的经济性影响 252.3.3规模化电动汽车充电对电网的可靠性影响 262.3.4规模化电动汽车充电对电网电能质量影响 27第3章基于蒙特卡洛仿真的无序充电负荷计算方法 283.1电动汽车行使规律分析 283.1.1日行驶结束时间计算模型 283.1.2日行驶里程计算模型 293.2电动汽车无序充电负荷计算 303.2.1蒙特卡洛法简介 303.2.2电动汽车行驶规律的蒙特卡洛仿真 313.2.3基于蒙特卡洛仿真的无序充电负荷计算流程 323.3本章小结 33第4章规模化电动汽车智能充电策略研究 344.1基于峰谷电价的动态排序充电策略 344.1.1动态排序的智能充电控制策略模型 344.1.2动态排序的智能充电控制策略算法 364.2动态排序智能充电控制策略的仿真 414.2.1智能充电控制策略的仿真方法 424.2.2智能充电控制策略对配电网的影响 434.3本章小结 46第5章电动汽车有序充电策略分析研究 475.1无序充电控制策略分析 475.1.1设置电动汽车规模及各车型占比 485.1.2各类电动汽车参数设置 485.1.3采取无序充电策略模拟充电负荷 485.2基于分时电价机制的充电控制策略研究 515.2.1分时电价模型 525.2.2算例仿真与结果分析 535.3智能充电控制策略研究 565.3.1以平滑负荷曲线为目标的智能充电控制策略 565.3.2以减少弃风为目标的智能充电控制策略 645.4本章小结 69第6章结论及展望 706.1结论 706.2展望 71参考文献 73致谢 79PAGE20第1章绪论1.1研究背景及意义伴随能源危机的加剧，节能降耗已作为现阶段世界面对的一致问题。电动汽车，以新能源电力取代石油，具备低碳排放，环保的特点，在各地区得到了较大进展。现阶段，很多国家的混合动力汽车，已进入大规模工业化发展阶段。许多政府也颁布了一些政策促进电动汽车产业的进展。例如，美国发布了EVProject计划，义务为用户构建家用充电设施。英国绿色复苏计划，选择了多个城市当成试点，推广使用电动汽车，构建收费网络;法国巴黎，在二零一一年推出世界首个旨在增强人们环保观念的电动汽车租赁服务业务;日本加快充电设施网络的构建，规划到二零二零年将实现二百万个普通充电设备，以及五千个快速充电站。中国还颁布了一系列的国家电动车标准，和补贴方案。科技部一直在推进电动汽车，在城市公共交通中的采取，执行“十城一千车”计划。大型电动汽车的进入，就会给电网产生不可忽略的作用。一是，电动汽车的充电负荷，会增加电网负荷，对电网的供电水平指出了越来越高的要求。二是，电动汽车充电负荷的时间，以及空间随机性，与不确定性，会提升电网运做的管理水平，会相应增强网损，减少电能质量等。尽管大型电动汽车将对电动汽车的安全性，稳定性，以及安全性产生影响，在一个无序的充电模式下，取决于电动汽车的应用，以及运行情况，所以，利用科学有效的控制，可以达到电动汽车的优化运作。所以，分析和研究大型电动汽车，对电网的影响及其应用，电网对电动汽车接入的适应性，以及电动汽车可调度性的评估等方面，存在巨大的意义，以及应用价值。大型电动汽车的充电负荷，会对配电网产生重大影响，而且如果大量电动汽车汇集在负荷高峰负荷下，必然会增加电力系统的压力，深入的推动电网负荷峰谷差异，很大几率会产生电压下降等问题。（1）配电网的重新规划。随着电动汽车的方法普及，是许多充电设备的接入，以往的配电网的计划，也许还不能适应未来的情况。今后，配电网的负载结构，以及特点，将会改变以适应新的情况。（2）电能质量的下降。因为电动汽车的充电负荷，是非线性负荷的一类，因此其中采取的广泛的电子设施，会出现相应程度的谐波，这很有几率会导致电能质量的情况。（3）优化电网运行的控制难度增加。电动汽车，是一种新型的移动负载，其用户行为，和车辆充电时，空分布局存在较强的不稳定性，使得对于电动汽车的充电负荷，存在随机分布的情况，这会使得电网控制的水平增大。有序充电，是处理大型电动汽车充电，对电网作用的关键技术措施。利用智能电网技术，以及经济措施的整合应用，可以指导，以及协调控制充电行为，达到使用方和电网的双赢，可以较好地支持电动汽车的进展。所以，电动汽车的有序充电控制，对于降低电力系统运作风险，和增强电网的运行可靠性，安全性，以及效益存在巨大的意义。1.2电动汽车发展史及现状1.2.1电动汽车发展历史在一八三四年，电动汽车面世了，相对于内燃机汽车，早出现五十多年。内燃机汽车是超越了前者，这一过程是百年来，人们实现自由移动梦想的经历，创新了人类的生活习惯，已作为关键的陆路交通工具。首辆电动汽车，是安德森于一八三二年至一八三九年间研发的。这款电动汽车使用的电池相对简单，是无法重复充电的。其次，SturtechFaraday组装了电动三轮车的电磁感应原理，该电动车的电磁感应原理，在电动车门上应用了新技术。法拉第在十九世纪早期，制造了电机模型后，美国的机械工人达文波特，在一八三六年使用了电动机，推动了木工旋床，并在一八四零年，使用了报纸印刷机。一八四二年，达文波特，以及戴维森共同创造了首辆电动车，这是第一次使用非充电电池的实用价值。一八四七年，法鲁生产出第一款可搭载两人的电池供电无轨电动车。他将电机安装在由48只Grove电池供电的轮式车上。这是美国在世界闻名的首辆电动车。早于一八七三年的十九世纪下半叶，英国的RobertDavidsson，就生产出全球上第一辆实用电动汽车。这相对于德国的GottliebDaimler，以及KarlBenz制造的汽油发动机车早出现十多年。Davidsson制造的电动汽车，是一辆卡车，长度达到4800mm，宽度有1800mm，采用铁，锌，汞合金，以及硫酸展开反应制成的电池。从那时起，在一八八零年以来，采取了能够充电的电池的。从一次性电池，进化为二次电池的开发，是那个年代电动汽车的主要技术变化。结果，电动汽车的需求大大增加。在十九世纪后半期，作为了交通工具方面的关键产品，在人类交通电动车的历史上，写下了辉煌的一篇。一八八一年，Trufu电动三轮车，由一台发动机，以及六个铅酸电池驱动，与总体重量160公斤的乘员组一起，每小时的速度只为12公里。这辆电动车，在巴黎国际电器展上公布时，造成了很大的轰动。一八八八年，华德电气，在伦敦打造了一辆每小时为11公里的电动公交车。比较于马车，电动巴士对于道路损坏，以及街区污染并不会产生影响，获得伦敦公民的喜爱。这辆电动车，使用蜗轮转向，以及脚制动器，司机站在电动车的前方来控制汽车。随后，华德电气企业，被新建立的伦敦电动巴士企业，以25万英镑的价格收购。后来，电动车，电动出租车纷纷在英国上市。一八八九年，里克构建了里克电动车企业，陆续上市了双座便携式车，医生轻型卡车，送货车等相应的电动车。一八九零年以后，里克打造了美国首辆电动三轮车。一八九一年，莫里斯打造出首台电动四轮车，达到了从三轮到四轮的创新，能够说，是现代汽车的原始形态。在美国，实际上把电动汽车融合到商业运作的，正是莫里斯，以及萨洛姆。一八九四年，两人共同创办了Morris＆SaromElectricCoach＆Van公司，并制造了电动运输车。这一车型，由当时的皮卡车改装而来的，后轮较大，前轮较小，重量达到1928公斤，所采取动力源，是由六十个总重726公斤的酸性电池构成，总容量为100Ah，采用普遍电气企业的3马力电机，短时采取功率可实现9马力，利用电压掌握速度。一八九七年，德国的纽伦堡，首辆电动消防车出现。具有相同离合器的消防车，能够达到“泵水”，以及“驾驶”两种工作状态的运作。当天晚些时候，柏林推出了一系列带轮毂马达的类似电动消防车。一九九零年，加利福尼亚州大会，批准了“ZEV法案”一则，提出在一九九八年，汽车销售总量内，一定要有2个百分点的零排放污染车辆。到二零零六年，污染车辆的零排放量，需要是汽车总销量比例的3个百分点。到二零零一年，需要达到5个百分点，随后二零零三年，达到10个百分点。此后，美国东部的十余个州，遵循加利福尼亚州的例子，并颁布了一系列的零排放方案。首次的燃料电池汽车研发鼎盛是后期是在九十年代初期。一九九一年，美国开发出全球上第一款燃料电池概念车，也就是LaserCell™，该车使用氢储氢合金氢气缸，燃料电池功率达到12.5kW，行驶里程将近303km。LaserCellTM的诞生，启发了各大汽车制造商，“所有的道路都通向罗马”。燃料电池汽车在行驶里，覆盖绝对电动汽车，淹没了电动汽车，引起了大部分汽车公司在这个新领域中，率先采取燃料电池汽车。一九九三年，美国的克林顿政府，设置了PNGV方案，重点关注电池供电的电动汽车。该方案旨在是开发相应的新型电动汽车，以及批量生产。PNGV项目的关键组员福特，通用，以及克莱斯勒已经制造了柴油动力混合动力电动车，克莱斯勒的道奇ESX3，也采取高功率锂电池当成辅助驱动，通用的Precept，由于其制动能量更节能，回收技术，以及这些概念模型在减少燃料消耗，还有排放领域表现相当出色。虽然高成本没有将相应的概念车辆形成商业化，但该方案在美国各地推出了一系列新型汽车技术的研究和开发。一九九八年，福特汽车上市了专为邮政运输而设计的Ranger电动车，不但坚固稳定，也很适用于邮政业务的固定路线。第二年，美国邮政局买入了五百辆Ranger电动车，专门投入在邮政服务。该车使用镍氢电池，续航里程达到九十五公里，最高的速度能够实现每小时一百二十公里。这正是美国历年来上规模最大的电动车购买量。1.2.1电动汽车发展现状电动汽车的进展，通常以来经济支撑，政策支撑，以及法律方面的强制。各国政府利用使用一系列政策，促进电动汽车及有关领域的进展，鼓励电动汽车核心技术的发展。例如，优化对科研项目的支持，推动电动汽车核心技术的开发，以及应用;加大电动汽车制造商的相应政策鼓励;为采购电动车带来相应的优惠方案，并对于市场上相应的充电模式，充电端口，电池类型等，构建相应的标准。各国电动汽车的进展，通常涵盖了下面几个方面：（1）大量宣传，使用大型的示范作业，宣传；（2）政府政策指导，政府支持大规模生产；（3）大规模生产，商品化，工业化大生产；（4）政府退出，市场经营。随着世界各国的自主促进，电动车行业的普及，以及进展获得了相应的成效。结合前瞻研究院出台的“二零一八年至二零二三年，中国电动汽车充电桩行业发展预测，以及投资策略分析报告”，在二零一二年至二零一六年，中国新能源汽车领域，步入发展鼎盛期。结合我国汽车报道，按照工业协会出台的信息，我国新能源汽车销量很大程度的上涨。销量从12,000台，上涨到50.7万台，近五年，销量上涨了四十一倍。随着新能源汽车政策，二零一七年初，处于转型阶段，补贴等还不明朗。随着新能源汽车清单的确定，新能源汽车将在二零一七年步入小型低谷，行业预计年初回报将，从今年初的70万，到80万台新能源汽车的销售仍有很长的路要走走。伴随“禁油车”，“乙醇汽油”等战略的实施，新能源汽车销售额大幅上涨。二零一七年前三季度，新能源汽车累计产销量依是42.4万辆，以及39.8万辆，同比分别上涨40.2个百分，以及37.7个百分点。身为新能源汽车的核心，纯电动汽车销售额，自二零一二年的1.14万辆，上涨到二零一六年的40.9万辆，上涨达到四十倍。二零一七年前3季度，纯电动汽车销量依次实现34.8万台，以及32.5万台，同比上涨依次达到51.6个百分点，以及50.1个百分点。为电动汽车产业和电动汽车充电站行业是互动的关系：没有电动汽车产业生产规模的扩大，也许它没有电动汽车充电站行业的快速发展；电动汽车充电站行业又是缓慢的发展，影响电动汽车和电动汽车市场渗透力的大小，膨胀。从电动汽车和充电站的发展现状，反映了化感作用之间的关系。在中国电动汽车的迅速发展，充电桩经历了野蛮生长。2010年初，充电桩数量约为1000，在中国。截至2016年底，电动汽车充电桩数量已超过140万辆。然而，与新能源汽车的生产和销售数据相比，充电桩的数量大大不足。按照我国电动汽车充电基础设备推广联盟统计，直至二零一七年九月，公共收费站点数为190,599个，比二零一六年末增加44,253个。根据国家一系列的计划，到二零二零年，新能源汽车年产量将实现二百万辆，总产销量将达到五百万辆以上。若是以二零一六年销售50.7万台为前提，今后四年，在二零二零年，销售目标将达到二百万台，平均上涨率约为45个百分点。但伴随逐步补贴，为了达到每年二百万辆的产销，压力非常大。所以，前瞻性保守预测，今后5年，中国新能源汽车增速则会缓慢，估计到二零二二年，中国新能源汽车销量，预计将达到约三百万辆。图1.1二零一七年七月至八月，媒体报道说，欧盟许多国家已经制定了以往能源汽车撤出的时间表。例如，荷兰，德国，以及英国等地区，已经在二零二五年，二零三零年，以及二零四零年设定了退出时间。与此同时，中国工业，以及信息化部副部长，在二零一七年九月的国际汽车工业发展论坛上提出，已开始对中国以往能源汽车出口时间表展开分析研究。身为以往的能源汽车今后的取代品，新能源汽车，正在吸引日益多的注意。除推动电动汽车领域进展政策外，核心技术的相应突破十分关键。电池技术，车辆技术，以及电机驱动，与控制技术，是电动汽车的几个重要技术。特别是电池技术，是抑制电动汽车大范围普及的重要因素。其主要性能指标包括：能量密度，比能量，成本和循环寿命等。现阶段，电池技术通常涵盖了：铅酸、镇氣、锂离子等。近几年，因为各地政府的关注，以及鼓励，电池的性能取得了很大的增强，如锂离子电池技术，在安全性领域获取了长足的进步。锂离子电池，存在重量轻，体积小，循环周期长，同时没有记忆效应，以及没有污染等特质，并且，是同等质量的锂离子电池能量，是铅酸电池的四到六倍，也是银氣电池的二倍到三倍。其关键的不足之处是：较高的价格，以及收到限制的安全性。但中国锂资源充足，拥有全球第二大储量。大规模应用锂离子电池后，价格将会减少。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状欧洲，美国，还有日本等，许多发达地区对大型电动汽车进入电网的充电负荷进行了研究。近年来，他们获得了进步，并对电动汽车的充电负荷做出了许多预测，被世界学术领域所关注。戈麦斯等人，先是分析了电动车充电器等，充电环节中对整个地区电网配电变压器工作寿命的关键影响。他们利用分析完全放电电动汽车电池的情况，在固定的时间进行充电，同时，系统负荷曲线仍然是正弦曲线，而不是采取实际的功率需求假设;而Salihi等人，指出广泛采用电动汽车等新能源汽车，将对整个美国的发电，和配电系统造成巨大的影响。ChanCC，首先预测了电动车辆的电池充电，怎样影响配电系统的谐波电压等级，还要根据非线性负载电流，以及配电网络的统计数据描述实际的方法;Shrestha等人，构建怎样加强电动汽车电池放电的数学模型，让电动汽车电池在负荷管理中，得到最佳利用。然而，他们不但把充电负荷建模为分段常数函数对于实际的电动汽车充电过于简单。结合最近进行的相关研究，英国国家电网电动汽车的电池充电量估计，电动汽车数量的急剧增加，对国家电网的影响将大大小于此前的估计。然而，这项研究的结果，是基于这样一个事实，也就是英国有充分的发电能力，同时这一研究未能意识到，电动汽车事实上连接到冬季负荷重的住宅区。电动汽车中，电力负荷，负荷充电活动，是随机的，以及间歇性的，所以，分析电动汽车充电电源是需要的。EV充电电池，身为化学储能装置的放电性能，充放电时间呈指数分布，EV接入时间可视为满足泊松分布。利用MonteCarlo方法分析国内外电动汽车的充放电负荷概率曲线，分析纯电动汽车的充放电负荷。在此时期，根据电动汽车发展的一系列政策，以及相应类型的电动汽车充电活动，对今后我国电动汽车充电负荷评估进行了研究，但未对电动汽车充放电性能展开系统分析。伴随电动汽车充电行为应用规模的扩大，对电力系统的危害日益家具。结合今后电动汽车动力系统负荷的占比，到二零二零年，在美国，以及欧洲很多区域，电动汽车动力系统整体负荷占比，大致预测将实现3个百分点至5个百分点，而国外按照向美国电网学习，分析电动汽车的充电功能，利用研究结果，得出了目前美国电网可承但的最大程度的汽车负载。利用国内外广泛的分析表明，大规模电动车收费混乱，若是汇集在一个区域，会导致网络堵塞。基于电池的充电性能，构建了电动汽车充电的特定模型。电荷数量，以及电荷在一段时间内是正态分散的。负荷曲线的调整可见，高峰期的充电会增加电网消极影响的严重负荷。相应分析忽略了电动汽车的空间不稳定性，也就是用户习惯驾驶里程统计的规律性，以及不稳定性，也就是充电，以及放电频率，但只有预充电动车的范围，以及数量，两者间，尚未全面关注用户的充电需求，这与实际结果大相径庭。1.3.2国内研究现状现阶段，我国还进行了多项电动汽车负荷估计分析项目。国内大部分大学，以及研究机构正在自主研究电动汽车的充电负荷，及其控制方案。例如，河海学院的王丹，发表了一种插电式混合动力车辆的集中式充电方案，该车辆将法维基座填满槽。该方案把电动汽车当作灵活的负载，并结合使用时间的电价建立集中式收费方法，对于广泛的电动汽车自主充电造成的峰谷差异较大的情况，利用计算仿真验证了模型的正确性，以及算法的效率;和北方交通学院的李雷等，对充电时间选择进行了研究，并利用调查构建了电网负荷调节的模型研究，以及计算，进而明确了较好的时间间隔，并指出了怎样支持电动车用户，利用分时定价优化充电时间的选择，从而增加消费者，以及电力公司，和电力系统的经济利益。即使我国在电动汽车充电负荷模型的分析方面，取得了长足的进展，但欧洲，美国，以及日本等发达地区，仍有很长的路要走。伴随较多的电动汽车进入电网，其充电活动对电网运作的影响日益突出。如何通过电网调度中心管理，以及控制电动汽车充电，怎样指导使用者采取合理的充电方案，让电网峰谷差异更小，增强电网设施运用率，降低电网投资等，这些都是需要去考虑的问题。1.4本文的研究内容本文研究工作主要分为如下5章：第一章，现实阐述了电动汽车充电，对电网的作用，和智能充电控制方案的背景，以及研究的目的和意义，分析了国内外对这一课题分析的情况，深入表明了本论文的意义，以及应用价值。第二章，分析了大型电动汽车充电的影响。先是研究了大型电动汽车充电负荷的计算模式，然后分析了大型电动汽车充电的影响，为后续研究奠定了基础。第三章，基于MonteCarlo模拟，分析了无序充电负荷的计算模式。主要分析大型电动汽车充电对电网计划，以及构建的影响，分析电动汽车充电基础设施的建设原则，指出了分布式充电桩，指出电动汽车充电负荷接入配电网典型结构的变电站布局规划方法和操作模式;从安全性，可靠性，经济性，以及电能质量四个领域，分析大型电动汽车充电网的影响量化评估机制，和评估方法;第四章，是大型电动汽车的智能充电策略研究。先是，指出了一向在峰谷分电价的动态排序控制策略基础上，确定了该策略的优化目标与约束条件，提出了动态排序的智能充电控制算法，分为外层排序与内层排序，把有电动车的充电需求，“择优”准入，以及实时更新，以满足电动汽车的有效充电。然后以380V居民住宅小区配电网模型为基础，对基于峰谷分时电价的动态排序的智能充电策略进行了仿真分析，分析了电动汽车充电对配电网负荷曲线，变压器负荷率，节点电压偏移，以及使用智能充电策略后网损的影响，并与电动汽车展开比较。仿真结果显示，动态充电智能充电控制方案，发挥了降低峰值负荷，平滑负荷曲线的效果，降低了充电负荷对配电网的不良作用，增强电网运作经济性的作用。第五章，研究了电动汽车无序充电策略。分析了电动汽车无序充电，分时充电价体系，以及智能充电等充电控制方案。构建了具有平稳负荷波动，以及减风功能的智能充电数学模型，并采用自适应遗传算法求解，并利用算例证实了模型，以及算法的准确性。第六章，总结全文的工作，提出本研究的缺点，以及对今后研究的展望。2规模化电动汽车充电的影响研究2.1电动汽车种类及充电模式2.1.1电动汽车种类电动汽车的种类主要分为：纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)。纯电动汽车（BEV）：由电动机驱动的汽车。电动机的驱动功率，来自汽车可充电电池，或是其他能量存储设备。大多数车辆都由电机直接驱动。一些车辆在发动机舱内装有电动机。有些还使用轮子作为四个电动机的转子。困难之处在于电力储存的功能。它不排放危害大气的有毒气体。就算电力消耗转化为电厂排放，其他污染物（如硫和颗粒物），也会大大减少。因为发电厂多数建在远离人口集中的区域，对人们的影响较少，同时电厂处于静止状态，集中排放，易于清除相应的有害排放物，同时也出现了一定的技术。混合动力车辆，说的是可以为至少两种车载储能供电的车辆：可消耗的燃料；可再充电能/能量储存装置。按照动力系统布局结构，能划分成下面几类：(1)串联式混合动力汽车（SHEV）：车辆的驱动力，仅仅来自混合动力汽车。其布局特征，是发动机驱动发电机发电，电能利用电机控制器传递给电机，电机驱动汽车运作。此外，动力电池还能够单独为电机带来电力来驱动汽车运作。(2)并联式混合动力汽车（PHEV）：车辆的驱动力，是与电动机，和发动机一起，或分开供应的混合动力车。布局特征是并联驱动系统，能够独自用作动力源发动机，或电动机，也能够用电动机，以及发动机当作动力源来驱动汽车运作。(3)混联式混合动力汽车（CHEV）：同时与串联，并联驱动混合动力汽车。结构特征能够在串联混合形式下运作，也能够在并联混合形式下运作，并且考虑到串联，以及并联的特征。燃料电池汽车：以燃料电池作为动力电源的汽车。燃料电池的化学反应环节中，不会出现有害的产物，所以燃料电池车辆，是无污染的车辆，燃料电池的能量，转换效率相对于内燃机超出二至三倍，所以，从能源使用，以及环保燃料电池车辆，是比较好的车辆。有必要将各个燃料电池组，合成一个燃料电池堆，以容易取得必要的电力，以达到车辆运作的需求。与以往的汽车比较，燃料电池汽车，存在下面几点优势：（1）零排放或近似零排放。（2）减少了机油泄露带来的水污染。（3）降低了温室气体的排放。(4)提高了燃油经济性。(5)提高了发动机燃烧效率。(6)运行平稳、无噪声。2.1.2电动汽车充电模式按照上述对相应车辆行驶特征的定性研究，为了达到相应车辆相应的能源需求，各国开发了多种供电方式。现阶段，主要有四种充电方式：充电，电池更换，直流充电，以及无线充电。每种收费模式，都有相应的优缺点，和使用范围。（1）常规充电常规充电模式，是使用相对低的电流展开车辆动力电池充电，一般采取连接到车载充电器的交流充电桩进行电池充电。充电电流，一般低过0.3C，充电时间通常相对长，需消耗5小时至8小时，因此，也被当成是慢充充电模式。目前，常规的充电模式，大多运用电流，以及定压充电混合，充电早期运用电流充电，以确保电池有效充电。在后期，使用定压充电，来降低电流以结束充电，并防止过度充电。常规充电的优点：充电电流，以及功率相对小，对电池使用周期影响相对小，对电网影响也相对小;能够全面擦爱去电力低谷阶段期间充电，减少充电费用。常规充电的缺点：充电时间相对长，有必要长时间充电，同时也占据了停车位。当车辆迫切需要充电时，无法满足附加电力的紧急请求。常规充电方式可以使用于所有车辆：私人电动车辆，可用于定期在私人住宅车库，小区停车位，办公室停车位，以及公共停车场的充电桩上，展开车载充电;大中规模公用事业服务电动车辆，能够在专用停车场中采取外部充电器进行常规充电。（2）快速充电通过非车载充电器通过大电流快速充电，可以在短期间内将电池直接给电池充电至约80个百分点的电量。充电电流，以及电压通常为150-400A，以及200-750V，充电功率超过50KW，充电时间一般是20分钟，到2小时，这种方法通常是直流电源。快速充电的一个典型，是特斯拉充电站，充电电流将近265A，电压达到380V，充电功率能实现12KW，电池组可在75分钟内充满。快速充电，一般使用脉冲快速充电方式。目前，大部分电动车只能采用常规充电方式，快速充电方式，只适用于相应的车型，例如：比亚迪等汽车。快速充电的优点：充电时间相对短，充电功率相对大，在短期间内，可充电七层至八层的电量，增强了用户充电的便利性。快速充电的缺点：充电电流十分大，电池发热情况较大，对电池使用周期影响相对大;充电功率比较大，电动汽车密集型快速充电在同期，提升了电网的峰值，总负荷会给电网容量产生一定的挑战。快速充电，通常用于短期停车时间内的充电，采取车辆运作期间，快速补充能量。通常分散在人口稠密的区域，以及高速公路旁，例如，大规模商场等停车场。适用于有特殊充电需求的各类车辆。(3)电池更换电池更换方式是通过机械或手动更换电池组，更换已充满电的电池。无电电池组可通过低谷电充电，电池组更换方式为纯手动方式、半自动形式和机器人更换方式三种。通常，时间为10min，使电动汽车驱动和充电时间长短距离已经解决了。电池更换的优点：电力供应速度快，增强了车主运用的方便性;对于电池使用时间低估的一段时间展开充电，减少充电费用，能够减少电网峰谷差，以及充电费用;集中管理，以及维护电池，能够增强电池的使用周期。电池更换的缺点：电动汽车的种类很多，电池规格各不相同，存在标准化问题。相应的充电站，以及厂商的电池转换，有必要构建一致的管理办法，并且大型电池存储站面积加大，运作费用大大提升。电池更换模式，通常适用在电池组标准化水平相对高，且方便更换的车组。特别是在短期停泊的情况下，长时间运行的车群，例如公交巴士，环卫车等，也可以适用在出租车，公务车等方面。适应市区，沿高速公路等场景中。（4）无线充电无线充电方式不需要通过电缆传输能量，而是利用电磁感应、电场耦合、磁共振和无线电波传输能量。在无线充电模式下，车载感应充电器首先安装在车辆上。所述的受电部分，与所述车辆的电源部分之间没有机械连接，但所述接收体与所述电源本体之间的连接更为精确。无线充电的优点是它不需要连接线。硬件上方便统一。无线充电问题亟待解决：提高传输效率、电磁辐射、电磁波容易泄漏，当无线充电设备与大功率汽车行驶时，会对附近的生物，以及电子设备造成影响，还有可能危害人体健康。现阶段，除去实验室的无线充电技术的研究，以及开发外，电动汽车的无线充电技能，也慢慢得到验证。二零一四年，中兴把无线充电技能推向市场。它已运用于城市公共交通，以及公务车辆方面。改造后的公共汽车站，可以通过感应装置展开无线充电。一个8分钟的充电，可以用来支持巴士大概六公里的运营线。总之，快速充电，有必要作为常规充电的辅助，发挥了紧急的功能。此外，因为充电操作的高功率，以及复杂性，快速充电模式，只适用于具有技术支持的特殊公共充电站，而不符合私人住宅车库等地方的充电设备。在电动汽车领域发展初期，面对蓄电池容量限制、行驶里程相对短的情况，快速更换电池的供电方式，可以有效提供电能，延长行车范围。2.2规模化电动汽车充电负荷计算方法2.2.1电动汽车充电负荷影响因素电动车辆的充电负载，通常由初始充电时间，起动时间，起动功率，预估容量，电池容量，以及充电功率确定。所以，影响电动车辆的充电负载的原因，涵盖了充电模式，家庭行驶规则，每公里电力消耗，充电策略等，具体如下：（1）充电模式按照商务部，工业部，以及能源部二零一零年，采用的“电动汽车导电充电接口”，中国的电动车充电形式，可分成低速充电，常规充电，以及快速充电，可见表2-1。充电模式额定电压额定电流使用场所慢速充电220VAC16A家用常规充电220VAC32A商用、停车场常规充电400V/750VDC125A高速公路服务区、充电站等250A400A慢充电，以及常规充电都能使电池充电电流更低，充电时间更长。这种模式适用于低电压充电点，如住宅楼，以及办公室停车场。它具备费用低、体积小的特征。快速充电，是一种充放电电流大的快速充电方式，充电时间大概为十分钟至半小时。该模型能够达到对电动汽车的快速供电，但对电网的影响相对大，仅适用于大规模充电站。此外，对于公交车，或是出租车，能够使用更换电池的形式，换电池的形式具备时间短的特征，更换电池可以在十分钟内实现，为使用者带来快速的能源供应，但有必要为发电厂构建一种特殊的模式，且各使用者之间的电池标准，以及型号应该是统一的。（2）电动汽车行驶里程及每公里耗电量电动汽车的行驶路程，影响了汽车的电量消耗，相应类型的电动汽车的行驶路程不一致。参与美国交通局二零零九年度，进行的家庭汽车驾驶调查显示，拟合统计结果，可以看出私家车日行驶路程，符合对数正态分布，可见图2-1，其概率密度函数如式（2-1）所示。图2-1私家车日行里程概率分布式中，=3.7；=0.92。对于给定类型的车辆，在电量充足的基础上，最远的里程几乎是固定的。利用总行程，还有电池容量，能够计算每公里的功耗。相应的型号车辆，每公里有相应的功耗。作为例子，比较各种车辆的功耗的情况，可见表2-2所示。表2-2各类车型日行里程及耗电情况比较车型日行驶里程（km）每公里耗电量（kWh/km）公交车200-3001.2出租车300-5000.21私家车20-600.21利用每公里耗电量h，日行里程d,就能够推算出电动汽车，当日所耗损的电量：（3）电动汽车用户出行规律使用者出行，在时间和空间上，存在随机性，以及不确定性，但针对大型电动汽车来说，其活动存在相应的规律性。相应类型的电动汽车，存在相应的操作特性，使得不同的充电负载，如下所述。1）电动车辆的行程时间，以及离开时间，确定了电动车辆可被充电的时段，同时在无序充电形式中，若是指出形成结束时马上接入充电，那么停止的时间确定了车辆的初始充电时刻。2）电动汽车的初始充电，取决于充电前消耗的电量，以及最后一次充电停止时的电容量。电动汽车行驶结束时的SOC（StateofCharge）可按下式计算：式中：为上一次充电结束时的电池电量；为本次充电的起始电量；表示电动汽车当天所消耗的电量；表示电池的容量。3）在相应充电功率下，期望电量，以及离开时刻，就明确了充电的持续时刻。式中：表示充电结束时期望的电池电量；表示起始电池电量；表示充电功率；表示充电效率。上述公式表明，真正充电持续时间，是电网连接所需的时间长度，以及满足使用者要求所需的充电持续时间中的较小者，也就是充满，或是离网会停止充电。所以，从以上研究能够看出，使用者的行为，对电动汽车的负载带来影响较大。而相应类型的电动汽车，存在相应的出行方式，下面分析了相应类型电动汽车的运行特点，并在下文中主要研究私家车的驾驶规律。1）私家车出行规律私家车一般用于工作，休闲娱乐等方面，一般的充电位置，通常集中在居民区，公司停车场，商场超市停车场，以及快速充电站等场所。结合大家使用电动车的规律，私家车每天常常并未展开充电，但是当电量小于相应值时，会展开充电，本文采取SOC_limit=50（％）的阀值，也就是当低过电力百分之五十的时候，使用者将采取在方便的时间充电。私家车因为长期待在住宅区，以及办公单位，所以能够选择传统的充电方式。在办公单位展开充电的阶段，是到停留在工作地点的时间，到离开工作地点的时间，一般是上午7:30至下午17:00;在住宅区，充电的时间是到达住宅到次日离开住宅的阶段，一般是下午19点至早上7点。所以，有必要模拟使用者的出行规律，以明确充电开始时间，以及持续时间等数据。2）公交车运营特性公共汽车是一种公共交通巴士，它存在固定驾驶线路，日常出行距离差别较小，日用电量也相对稳定，所以，对电力的需求将相对稳定。第一班车的发车时间是通常为5:30AM-6:30AM,末班发车时间为22:00PM-23:00PM,并且每天上下班时间（6:30AM-9:00AM,16:30PM-18:30PM）是公交车上班的高峰阶段，这段时间无法展开充电。因为公交运作的时间，和地点相对稳定，现有的停车场能够构建充电站展开集中充电。另外，注意到安全的方面，公交车每日需要充电两次，也就是白天和晚上分别进行充电。本文以白天运行时间，在目前的停车场展开快速充电，以达到快速电力供应，而夜间模式，则用于集中充电模式。相应的公共汽车线路不一样，例如，第一班车时间，线路长度，车辆时间区间，车辆数量等。本文没有详细分析公交车的行为特点，并对造成公交车载荷影响因素的数据，进行了相应的假设，并在实例的分析，以及研究中使用。3）出租车运营特性出租车身为一类小规模的服务型车辆，虽然不是固定的路线，例如运行模式，运行时间，休息阶段，行驶距离等，但对于每辆出租车都具有一种特征。由于城市的相应需求，出租车的运营特点是不一样的。以下以一个城市为例，研究出租车的运作特征。现阶段的出租车通常有单班，以及双班制。对于每个都配置一辆车的单班模式，自行安排时间，日常真正操作时间大概是十个小时，车辆采取效率相对低。单班是一项传统的运作形式。营业时间是上午7:00，至晚上19:00，运营时间相对短。所以，单班模式的占比也在慢慢减少，以缓解目前各城市的出租车不好打的难题。出租车行驶距离，每天能够实现350-500公里，但是前电动车的驾驶路程，无法较好地实现这一需求，为防止电池持续放电，出租车平时没有都应该充电至少两次。单班出租车，通常在午休阶段（上午11:30到下午14：00），以及下班后到家里展开充电，因中午停留时间相对短，所以采取快速充电方法，而长时间停留在晚上，能够进行常规充电方法。双班模式为两人一车，一人负责白班（7:00AM-19:00AM），一人负责夜班（19:00PM-7:00AM），可以看出车辆采取效率高，实际运行当天约20小时。这是国外最普遍的方式，中国很多地区也在慢慢增加这类形式的占比，在上海等不同城市的情况，所有出租车都选择双班模式，但双班模式的占比在北京尚未实现50个百分点。双班模式当班次转换时，以前的驾驶员希望完全充电（假设它可以实现80个百分点以上），以符合下一个驾驶员的用电需求。所以两班出租车会在下午进行换班时（15:00PM-16:30PM）和凌晨交班前（4:00PM-6:00PM）展开充电，而由于停留时间相对短，所以，都选择快速充电方式。此文没有详细分析出租车的行为特点，并对造成出租车充电负荷影响因素的数据，进行了相应的假设，并在实例的分析，以及研究中使用。（4）电动汽车充电策略电动汽车充电控制策略，是以相应的方式控制电动汽车的充电时间表，以达到对电动汽车充电负荷的变化，以及影响。现阶段，分析了充电策略有很多，如无序充电，分时电价，智能充电等。无序充电时，电动汽车身为无法控制的负载，也就是将使用者便利时接入电网;分时电价，也就是利用经济激发，然后引导使用者在负载低谷期，达到转移负载;智能充电，利用特定的优化目标，将电动汽车充电方案展开控制，然后达到电网的优化运营，下一章将会进行介绍。2.2.2电动汽车负荷计算方法图2-3，考虑了各种因素的基础上，相应类型，相应充电方式下，电动汽车充电负荷的计算模型，基本观点如下：（1）结合大型EV集群场景，明确各个车辆的电池容量，以及充电模式。相应类型的电动车，具有相应的电池容量。例如，现阶段的私家车，以及出租车电池容量大约为10-72kWh，而公共汽车电池量，在130kWh左右，同时结合相应类型的电动车辆的充电方案，确定充电方式，也就是充电功率。（2）结合汽车使用者的行驶规则，明确实际充电持续时间使用者的行驶规则，确定结束行驶时间，使用者离开时间，行驶路程，预期功率消耗等，其中，结束行驶时间，以及使用者离开时间，影响了车辆可充电的时长，里程数据体现了是电池的耗电规模，利用里程数，以及每公里消耗容量，能够估算出充电开始时间的电量，按照使用者预期所需的充电电量，就能够知道相应的充电时段。（3）充电策略，对电动汽车充电负荷存在关键的影响，通常对电动汽车的充电时间产生影响，然后按照以上的充电时间，估算电动汽车的充电负荷。（4）确定是否已经计算出所有电动车辆，若是没有，那就就返回到（2），不然将输出大型电动车辆充电负载。图2-3规模化电动汽车充电负荷模拟方法2.3规模化电动汽车充电的影响分析2.3.1规模化电动汽车充电对电网的安全性影响大型电动汽车充电上网负荷会影响电网安全，经济运行，电能质量等相应的问题。根据电动汽车的充电需求，和负载特点，选择代表型的仿真系统，以及测试结果来验证充电负载对有功负载曲线，变压器，以及线路过载，电压损失和电压稳定性，故障响应和中，低压的影响保护，电力质量，以及其他电网运行特性。关注到大型电动汽车的充电负荷，本文参照以往的电网安全评估的分析内容，构建了电动汽车充电对电网安全影响的量化评估指数，并提出了一定的评估模式。一般涵盖了三个方面：静态安全风险评估指标，静态电压稳定裕度指标，暂态电压稳定裕度指标。（1）评价了电动汽车充电对配电系统静态安全风险的影响。从线损、配电网设备，以及负荷情况三个领域，构建了配电网运营经济影响评价指标机制，可见下图2-4。运用完善的层次分析模式，明确各指标的权重，对配电网运营经济性展开模糊总体评价。以IEEE34节点配电网测试系统来说，分析了电动车辆充电前后各评价指标的得分，分析了相应控制策略的充电负荷，对相应类型负荷分配区经济运作的影响。图2-4配电网运行经济影响评价指标体系中的电动汽车充电负荷通过层次分析法，以及主成分析方法，明确主、客观指标权重，和加权因子，明确综合权重，可见表2-4。随后，按照表2-1中的综合权重，以及二级指标得分，来评估内容层，可见表4-3。表2-1各二级指标的权重一级指标线路损耗配网设备负荷情况二级指标0.70000.30000.66700.33300.64500.35500.64300.37500.51400.48600.56700.43300.67720.32280.60580.39420.61380.3862表2-2各一级指标得分情况区域名一级指标指标得分评估效果商业区线路损耗77.1450良配网设备／／负荷情况83.8716良工业区线路损耗77.2818良配网设备／／负荷情况83.4234良住宅区线路损耗76.4254良配网设备／／负荷情况79.2224良综合区线路损耗77.2700良配网设备80.8092良负荷情况83.5184良利用上述的计算环节，明确综合评价结果，可见表4-3。表4-3各一级指标的权重及评价总得分一级指标线路损耗配网设备负荷情况0.55680.32950.1137（针对不含配变的区域）0.830500.1695得分／评估结果商业区78.2815／良工业区78.3228／良住宅区76.8995／良综合区79.1462／良全网络区域78.9150／良研究相应协调充电占比下的整个网络总分，可见图4-2。分析结果可见，配电网进入电动汽车充电负荷后，相应指标得分出现下滑，可见充电活动，会对配电网经济造成负面影响。伴随参加协调充电的汽车占比持续增加，所有二级指标的得分慢慢增加，但除去负荷因子外的相应指标，均没有超出基本负荷得分。图4-2不同协调控制比例下的综合得分情况（2）电动汽车充电对配电系统静态电压稳定裕度的影响分析结果可知，电动汽车充电范围，在综合负荷与静态负荷之间的动态特性，伴随电动汽车负荷的持续提升，暂态电压稳定裕度慢慢减小。仿真成果可见下面图4-3，以及图4-4。图4-3不同渗透率电动汽车及常规负荷对系统电压稳定裕度的影响图4-4电动汽车有序与无序充电电压稳定裕度仿真结果（3）电动汽车充电对配电系统暂态电压稳定裕度的影响考虑电网扰动后限制消除时间和感应电动机负荷的滑动裕度，构建了暂态电压稳定裕度指标。选择配电网作为三个快速充电站接入点的弱点，原电动汽车接入负载分配占比。在某一节点制定三相短路阻碍，研究感应电动机的暂态电压稳定裕度。模拟成果可在表格中看到。分析结果现实，电动汽车充电范围在综合负荷与静态负荷之间的动态特性，伴随电动汽车负荷的渗透率持续提升，暂态电压稳定裕度慢慢减小。关注到电动汽车的放电，伴随电动汽车放电功率的提升，暂态电压稳定裕度得到有效的改善。这是由于当配电网出现故障时，电动汽车将电能反馈给电网，以减少故障发生时的电压降，进而增强电网的暂态电压稳定裕度。表4-4电动汽车充电时暂态稳定裕度指标负荷渗透静态负荷暂态电压稳定裕度指标综合负荷暂态电压稳定裕度指标电动汽车负荷暂态电压稳定裕度指标00.5400.5400.54010%0.5390.5200.52120%0.5350.4810.49630%0.5220.4430.46840%0.5080.3950.43650%0.4930.3380.40560%0.4780.2730.357表4-5电动汽车放电时暂态稳定裕度指标电动汽车负荷渗透率暂态电压稳定裕度指标相对于渗透率000.540110%0.5461.01120%0.5631.04330%0.5931.09840%0.6171.14350%0.6451.19460%0.6711.2432.3.2规模化电动汽车充电对电网的经济性影响从线损，配电网设备，负荷情况等三个领域，构建配电网运营经济影响评价指标机制。层次分析模式，以及主成分析法模式，明确主客观权重的主要指标，以及权重因子，明确综合权重，可见表4-6。然后按照相应状态下的权重，还有下表中，因子层的二级指标的得分水平，展开评估内容层。评估成果可见表4-7。表4-6各二级指标的权重表4-7各一级指标得分情况类似的，能够参考上表一级指标得分，计算得分情况可见下表。表4-8各一级指标的权重及评价总得分在相应协调充电占比下，分析全网路的综合得分状态，可见图4-6。图4-6不同协调控制比例下的综合得分情况2.3.3规模化电动汽车充电对电网的可靠性影响通过参考以往有效的评估方面的研究结果，指出了涉及电动汽车充电负荷的电力系统有效评估指标机制。按照指标计算公式，和系统情况研究成果，计算出一定的指标。相应电动汽车的相应指标的计算，可见下表。负荷点方案一方案二ENSIENSI(次／年)(h／年)(MWh／年)(次／年)(h／年)(MWh／年)11.15000.97100.16111.05001.20500.199921.20001.17100.21171.20001.42500.257631.20001.17100.29291.20001.78500.446441.15001.17100.30831.05000.94500.248851.15001.17100.24241.05001.78500.369561.15002.28700.37941.05002.14500.355971.15004.89261.47611.05003.06500.924781.15005，43260.84421.05002.86500.445291.15005.67261.60591.05004.22501.1961101.15007.04861.11721.05005.54100.8782111.40006.09760.94761.45004.40500.6845121.40006.40961.23641.45004.40500.8497131.40006.40961.01591.45004.40500.6982141.40006.40961.60301.45005.43701.3598151.40006.98561.83931.45006.32101.6643161.35005.97260.92811.20004.22000.6558171.35006.21260.98471.20005.06000.8020181.35006.57261.64381.20005.06001.2665191.40006.44761.00201.30005.05400.7854201.40006.77761.03741.30005.05400.9749211.40007.12082.01591.30005.05401.4308221.40007.12081.12861.30005.38400.8534231.40007.12082.17681.30005.84401.7865按照上表中相应负荷点的功率损耗指标，能够获得系统缺电的期望值EENS，方案1，缺电的期望值EENS，是24.4689MWh，方案二的电量不足期望值为19.1333MWh。2.3.4规模化电动汽车充电对电网电能质量影响以IEEE34节点测试馈线来说，定量研究电动汽车充电，对电能质量产生的影响。仿真成果可见表4-10。仿真成果显示，电动汽车充电，对电能质量产生的影响，大致满足国家标准指标。表4-10电动汽车充电对电能质量影响评估结果电压偏差%3.5-6.34.0-7.64.3-8.1符合国际要求频率偏差49.99-50.0149.99-50.0249.97-50.02符合国际要求电压不平衡度0.003-0.0060.027-1.0030.036-1.356符合国际要求电压总谐波畸变率%00.112-0.80，213-1.145符合国际要求奇次电压谐波含有率（2-50次）0最大值2%最大值3%符合国际要求偶次电压谐波含有率（2-50次）0最大值2%最大值3%符合国际要求谐波含有率（2-50次）0最大值4%最大值6.8%符合国际要求第3章基于蒙特卡洛仿真的无序充电负荷计算方法3.1电动汽车行使规律分析以上显示，使用者的行驶规则，是决定EV充电负载的关键原因。因为相应的操作规则，相应类型的电动车，存在相应的充电规定。所以，预测EV负载有必要科学模拟EV使用者的行驶规则。按照现实情况，电动车的状态能够分成行驶状态，以及停车状态，其停车状态，可以按照相应的地区，更深入的划分。例如，私家车能够划分成为在家，在公司，在商业区等。现阶段，对于使用者行驶规律，分析最多的方法之一，是根据统计方法，并且获得了描述电动汽车行驶规则特征的每个变量的概率分布。另一种，是利用马尔可夫链的模式，来分析电动汽车间的转移状况。下面就拿私家车来说，介绍这两项方法，这一方法也可以适用在别的车型。3.1.1日行驶结束时间计算模型数据拟合，是利用汽车使用者驾驶数据的统计研究，获得满足驾驶规则的概率函数。以住宅区充电来说，根据二零零九年，美国交通机构统计的私家车辆驾驶信息，对某一区域使用者价值结束，以及次日出发的统计数据，展开归一化加工，并通过最大似然估计模式，把使用者回家的时间，以及离开的时间，近似成正态分布，拟合成果可见图3-1，其概率密度函数为如下式所示。图3-1最后一次出行结束及离开时间的概率式中，=17.6；=3.4。式中，=7.5；=0.9。按照方程式的概率分布，（2-5）和（2-6）中，每个EV的确定性驾驶情景，能够利用蒙特卡洛随机抽样模式来明确，也就是最后一次驾驶回家的时间，以及次日出发的时间，若是使用者回家立即接入到电网中，出发时与电网断开，那么以上两次是电动汽车并网期。拿无序充电模式；来说，若是根据返程就进行充电，那么最后一次返回的时间，就是开始充电的时间。3.1.2日行驶里程计算模型按照NHTS的统计可知，私人电动汽车，每日驾驶路程，近似为对数正态分布，其概率密度函数，可见下列公式，概率密度曲线，由MATLAB软件绘制，可见图3-2。式中：=3.2；=0.88。图3-2日行驶里程概率曲线图由于美国私家车的平均日行驶里程与中国的不同，因此为了更加符合中国私家车的实际情况，需要将该数据进行转换。由该统计数据可以得出美国车辆的日平均行驶里程约为37.7英里，根据北京交通发展研究中心数据，能够算出我国车辆日常均驾驶路程大概是41.1公里，所以，能够计算我国车辆每日行驶路程，可见：随后，按照电动汽车行使过程中，每百公里消耗的电量，以及充电功率，能够计算充电时长，可见：式中，为充电功率，为百公里耗电量。3.2电动汽车无序充电负荷计算3.2.1蒙特卡洛法简介蒙特卡罗法即随机抽样法，它以概率和统计学为理论基础，通过产生满足某概率函数的随机数来求解出所要结果的计算手段。其主要思路，是利用反复的验证，以事件重复次数，来替换事件发生的几率。由于该方法计算量大，需要依赖于计算机进行大量计算和模拟试验。蒙特卡罗方法，通常用于处理不稳定性，或是风险类型的问题，处理问题的环节能够划分成三个步骤：（1）描述或构造概率过程采用蒙特卡罗法解决实际中的问题时，如果问题本身就是一个具有随机性的概率过程的话，则只需要正确的对其概率过程进行模拟，如果问题本身是确定的，不具有随机性的话，则需要将问题进行随机性的转化，即构造一个概率过程，而该过程的某些参变量正是要求的解。对于概率过程的描述也即为概率函数的建立，概率函数的正确与否直接决定了最后的求解的结果是否符合实际情况，因此正确的对概率过程进行描述或构造是非常重要的一步。（2）从己知概率分布抽样概率模型，由相应概率分布组成。所以，在建立概率模型之后，生成符合已知概率分布的随机变量，变成是蒙特卡洛模拟的基础模式，其中，符合（0,1）平均分散的随机数变量，是最普遍和关键的形式。有两种产生随机数的方法：物理方法，以及数学递归公式形式。但物理方法采取相对麻烦，因此使用数学递推公式形式的比较常见。随机数，顾名思义就是随机产生的数，每个数出现的概率都是等大的，若是生成了10000个满足（0,1）平均分散的随机数，就会生成每个数的概率，均为万分之一，但是若是想要生成一个符合别的区间内上平均分散的随机数，仅需把符合（0,1）平均分散的随机数，放大或是减少一定的倍数就可以了。（3）建立估计量该部分其实就是对模拟实验的结果进行考察、登记的过程。模拟实验实现后，利用明确一个随机变量，当成是所需的解，也就是无偏估计量。本文对充电负荷的模拟只用到了前两个部分。3.2.2电动汽车行驶规律的蒙特卡洛仿真此文利用MATLAB仿真工具，利用蒙特卡洛模式，模拟电动汽车的驾驶规律。按照电动汽车的驾驶规律函数，模拟了电动汽车的日常行车结束日期，以及每天驾驶距离数据，其仿真结果如图3-3、图3-4所示。从图中可以看出，通过蒙特卡洛法仿真的日行驶结束时间和日行驶里程的结果与其概率密度曲线很好的吻合，这表明蒙特卡洛模式，能较好地仿真电动汽车的驾驶规律，在这一情况下，计算出的充电负载，具有准确性。图3-3日行驶结束时间仿真结果与概率曲线对比图图3-4日行驶里程仿真结果与概率帅线对比图3.2.3基于蒙特卡洛仿真的无序充电负荷计算流程利用蒙特卡罗模式，以及电动汽车驾驶法则，研究模型能够获取每辆电动汽车每天驾驶结束时间，以及每天驾驶数据，然后利用相应的数据，能够计算出每台电动车辆的充电负荷，通过叠加，能够获取规模化EV充电的负荷的综合。图3-5，是根据电动汽车充电负荷计算方法流程的统计模型提出的，其步骤描述为：（1）输入原始数据。通常涵盖电动汽车总数量Ⅳ、每天公里耗电量，充电功率R等；（2）开始，初始化i，令i=1.f为电动汽车编号，意味着目前正在计算充电负荷的是，第f辆电动汽车，i=l,2，…，N；（3）提取电动汽车的日常驾驶结束时间数据t，结合上述假设，启动充电时间，为电动汽车每日运行结束时间，采用分布式无序充电时的开始充电时间。利用MonteCarlo方法，获得概率密度函数，以符合EV每天驾驶时间数据;（4）以日行里程数据为例，美国私家车驾驶路程满足概率密度的对数正态分布函数，利用类似步骤3的形式，获得电动车驾驶路程数据;（5）计算满足中国电动汽车驾驶规律的日常行车路程数据。将第四步计算出的美国私家车日行驶里程数据转换为满足我国私家车行驶规律的日行驶里程数据；（6）计算充电时长。计算得到该辆电动汽车的充电时长：（7）计算电动汽车充电负荷。按照得到的初始充电时间X，以及充电时间长度t可以看出，电动汽车仅在[x，x+T]时段内，根据功率进行充电，使得第f个电的充电负载可以计算车辆，然后将该负载叠加在总的i-1电动车充电负载上，最后获得总的电动车充电负载曲线。图3-5基于蒙特卡洛法的无序充电负荷计算流程图利用上面的电动汽车充电负荷计算方法，平均每辆电动汽车充电负荷曲线在一天通过MATLAB仿真软件绘制，当EV值为1000，充电功率6KW，如图3-6所示。图3-6单辆电动汽车的平均充电负荷曲线3.3本章小结本章侧重分析电动汽车充电障碍分析模型，以及负荷计算方法，分别对影响电动汽车充电负荷的关键因素展开了研究，依次对电动汽车驾驶规律、电动汽车规模、电动汽车充电方式，以及动力电池充电特点展开了分析，并提出科学的假设;然后，按照燃料车对美国运输部的统计信息，对电动汽车行驶的模型进行分析，涵盖了日常驾驶里程，以及结束时间概率模型，近似正态分布，以及对数正态分布;最后，对根据MonteCarlo方法的无序充电负荷计算模式，展开了分析，利用MonteCarlo方法，对电动汽车驾驶规则展开了模拟。通过与概率曲线比较验证了仿真结果的准确性，总结了通过蒙特卡洛法计算无序充电负荷的计算流程，并画出了EV规模为1000辆、充电功率为6kW时单辆电动汽车的平均充电负荷曲线。第4章规模化电动汽车智能充电策略研究4.1基于峰谷电价的动态排序充电策略大型电动汽车，其无序接入，会直接影响配电网的运行，以及规划，所以，有必要利用合理的充电调控措施，来指导，以及控制使用者充电，把充电负荷转移到在负荷低谷期间，要满足削峰填谷，峰谷价格政策，也发挥了相应的作用。峰谷电价，是以每天电网的负荷曲线为依据，按照负荷水平变化的特点，将其划分成一个以上的时段，每次用电量不同时对用电量，高峰负荷阶段，电价相对高，低谷期价格有所下降，用这样的经济措施引导使用者展开用电，抑制高峰时段不合理的负荷增长，同时又増加用电低谷时段的用电量，实现合理的分时段用电，提高电力设备的利用率与电网运行的经济性。当采用峰谷电价政策时，EV用户考虑到充电成本之后就会自觉的减少在负荷高峰时段的非紧急性充电，这部分充电负荷自然就被转移到了电网负荷较低的时段，对于供电公司和EV用户来说这是一种双赢的结果。高峰负荷向负荷低谷的转移使供电公司平衡了电力消费状况，降低了供电成本，获得了更大的经济效益，而EV用户则享受到了低用电电价的优惠，减少了充电电费，使EV使用成本降低，有利于电动汽车的发展与普及。所以，本文在峰谷电价政策的基础上，分析了电动汽车充电控制的策略，指出了基于分时电价的动态排序收费控制策略。该策略以降低由电动汽车充电引起的网损为优化目标，以变压器功率上限和各节点电压偏移为约束条件，来将有充电需求的电动汽车“择优”接入，并每隔一段时间（本文是6min）重新计算一次，对可以进入电网进行充电的电动车辆展开刷新。4.1.1动态排序的智能充电控制策略模型（1）目标函数随着经济社会的飞速发展，用于的生产的电能的能源规模也逐年增加，越来越多的能源转化为电能以供用户使用。根据国家统计局出台的，“二零一七年国民经济与社会发展统计公报”可见，二零一七年，我国能源消费总额达到43亿吨标准煤，相对于二零一六年上升了0.9个百分点，我国总发电量产能达到5.80万亿千瓦小时，相对于二零一四年上升2.9个百分点,如果按照1度电等于0.334千克标准煤进行计算，则用于发电的标准煤达到19.4亿吨之多，占全国能源消费总量45.1%，可以看出，生产电能是能源消耗的主要方式之一，如果通过经济调度降低电能损耗，必定会节约大量能源。电能损失通常出现在配电网中，按照有关资料现实，在中国的电网损耗方面，35~110kV输电损失量的比例在22个百分点左右，78个百分点的配电网，其中，配电网的线损10kv，比例在36个百分点左右，配电网0.4kV损失量可占到42个百分点，减少配电网的损耗是十分关键的节约能源，以及增强其经济效率的措施。但是，大型电动汽车的充电，必然会增加配电网的功率损耗，减少电网运作的经济性。所以，该策略旨在减少由EV充电造成的负载损耗，作为充电EV的优化目标。其表达式如下：其中，为系统总网损，为系统某条支路的线损，K表示第k个结点，t为对允许接入电网充电的电动汽车进行更新的时间点，每隔6min更新一次，一天共240个点。（2）约束条件1）电压约束电压偏移，是测量电能质量的一个关键指标，其中，大型电动汽车充电系统的负荷增加，必然会给电网电压质量产生不良影响，导致节点电压降低，甚至是越限，对于配电网来说尤其如此。因此本文选取节点电压为约束条件之一，以保证电网供电质量，表达式如下：其中，和分别为节点电压的上、下限值，2）变压器功率上限约束变压器，是电力系统各方面一个最关键的方面，负责变电，以及配电任务，变压器可不可以保障经济运营，以及有效运行，很大程度影响了电网运营的经济性，以及有效性。当变压器的负载率，在25个百分点至75个百分点间时，变压器位于经济运营之间，当负载率位于50个百分点至60个百分点之间时，变压器的运营效率相对高。在很多的EV充电负载连接到电网时，充电负载叠加在传统负载上。在高峰负荷期间，很大几率造成变压器过载，减少了电网运营的经济性，乃至于导致跳闸变压器的继电器，给住户的正常用带来不良影响。所以，本文中，变压器经济运作功率，上限是一个制约因素，以确保电网的安全性，可靠性，以及经济运作。可见下列公式：其中，为系统总负荷，为负荷节点k的负荷功率，为变压器的额定容量，为系统功率因数，取为0.87。4.1.2动态排序的智能充电控制策略算法（1）电动汽车充电方式的设定智能充电基于峰谷分时电价在本文中包括两种充电模式控制策略：立即充电，以及经济充电，但是经济充电，又涵盖了非峰充电，以及谷期充电。立即充电立即充电即为“即插即充”的传统无序充电方式，该种充电方式不受电网经济调度的控制，在接入电网之后，只要电网有能力为其充电，便会根据用户设置的充电参数立即为其充电，无需等待。本充电方式主要是用于满足有紧急充电需求的用户。非峰期充电非峰期充电也可称作避峰充电，它的特点是当充电过程中若遇到负荷峰期会自动停止，待峰期过后继续进行充电。本充电方式主要用于满足充电需求不是很紧急而且电池剩余电量相对较少，需要较长充电时间的用户。谷期充电谷期充电即只在负荷的低谷时段为电动汽车充电，如果当天负荷谷期充电无法满足用户的充电需求，则会在下一日谷期继续完成充电。该种充电方式主要用于满足充电需求不高，短时间内不在用车，有足够的时间为电动汽车充电的用户。（2）电动汽车充电优先级群体的划分根据电动汽车用户所选充电方式的不同，基于峰谷分时电价的动态排序智能充电控制策略将充电的电动汽车划分为两个优先级群体。高优先级群体采取立即充电，或是无序充电，其电动车辆是属于高优先级组。若是该组内的电动车辆连接，如果符合以文的约束条件，电网将直接对电动车辆充电，但是采取具有充电模式的电动车辆，是最昂贵的车辆充电价格，不管在哪个时段接入均按峰时电价进行结算。低优先级群体在具有高优先级组的电动车辆完全连接的情况下，具有经济充电，或有序充电的电动车辆是低优先级组，并且如果电网仍然有足够的容量给组充电，则电动车辆可以享受折扣在峰谷分时电价。在正常时段，以及谷底时段充电的电动车辆，依次根据正常时段电价，以及谷时段电价展开结算。电动车充电优先级，充电方式，以及充电价格的对应关系，可见表4-1。表4-1EV充电优先权、充电方式、充电电价之间的对应关系充电优先权充电方式充电电价高优先权群体立即充电峰时段充电低优先权群体非峰期充电平时段电价谷期充电谷时段电价对具有充电要求的电动车辆，展开优先排序的目的，旨在是通过经济方式，来指导电动车辆使用者的充电活动，尽可能让不存在应急充电情况的车辆，错开峰值负载充电，以实现削峰填谷的作用。对于那些不接受电网经济调度的电动汽车用户而言，则付出了更大的充电代价，但是获得了高的充电优先权。（3）动态排序的智能充电控制算法本文提出的基于峰谷分时电价的动态排序智能充电控制策略，所采用的排序控制算法分为两层排序：外层排序和内层排序。按照所选充电方式的不同，将接入电网的电动汽车划分为两个具有不同充电优先级的群体，此过程为外层排序；在各自的优先级群体内以降低由电动汽车充电引起的网损为目标，对需要充电的电动汽车再次进行排序，此过程为内层排序。然后在满足约束条件的情况下将电动汽车按顺序接入充电，并没隔一段时间（6min）重新计算一次。如果在每次的EV排序计算中都要对网损进行很多次重复计算的话，计算量过大，计算速度较低，因此为了满足电力系统对实时计算的要求，本文通过计算每辆接入电网充电的电动汽车所引起的网损的微增量即网损微增率，来代替网损作为电动汽车的排序依据，以达到降低由电动汽车充电引起的网损的目标，由于在系统同一节点接入的电动汽车充电负荷的网损微增率是相同的，只需要计算每个节点接入的充电负荷的网损微增率即可。因为网损既是全部节点功率的函数，也是所有节点电压的函数，所以：分别求网损对节点功率和节点电压的偏导数则有：极坐标形式下的牛顿法潮流计算修正方程为:其中，雅克比矩阵为：代入上式可得：将上式转置可得：对上式求解可得：通过上述方程，能够得到每个节点，受到的有功负载的网损增加率瓦，也是电动车辆充电负载的网损增加率。然后在各自的优先级群体内按照网损微增率的大不对需要充电的电动汽车进行排序，网损微增率较小的优先接入充电，在保证约束条件的情况下依次接入。（4）动态排序的智能充电控制流程本文提出的动态排序的智能充电控制策略，以峰谷电价为基础，利用电价引导电动汽车用户根据自己的充电需求选择不同的充电方式，同时获得了不同的充电优先权，