PAGEPAGEIV摘要伴隨全球經濟的快速進展，能源短缺，環境污染，以及溫室效應的現象，成為現階段社會急需處理的問題。因此，清潔，以及可再生能源的挖掘與利用，已作為全球各國不可回避的問題。基于這一情況下，因為以往的汽車，對于化石燃料，以及廢氣排放造成的環境污染，汽車工業也慢慢發展環保型電動汽車。作為一種新型交通工具，電動汽車以更清潔的電力替代更多的燃料，污染更小，噪音更小。與以往的汽車比較，電動汽車在保護環境，緩解能源風險，降低人們對化石燃料的依附上，存在較好的優勢。而且電動汽車作為一種靈活的分布式電力負荷和儲能單元，通過合理的調度可以很好地與新能源發電配合，對于今后電力系統的調頻，儲備，保障電力系統的可靠性，經濟運營等帶來了新的應對方案。所以，電動汽車一旦生產，就得到全球各國的關注與運用，并得到快速發展。伴隨電動汽車的快速進展，電動汽車的規模量持續上升，電動汽車的充電負荷也在不斷增加，這對電力系統的安全可靠運作的要求就更高了。大型電動汽車的充電，必然會影響電網的有效運作，造成電力質量下滑，設施過載等問題，所以，電動汽車充電對于電網的作用，以及怎樣合理地指導，與控制接手段，以對電動汽車充電負荷的進入展開控制，實現有序充電以減小這些影響，成為亟待研究的課題。大型的電動汽車充電，是一個強大的隨機過程，有許多因素交織在一起。電動汽車充電對電網的作用，以及怎樣有序地對其展開控制，已作為國內外關注的焦點。本文研究了電動汽車充電對電網的影響，分析了充電控制政策，研究了影響電動汽車充電負荷的關鍵因素。它們是電動汽車的運行規律，電動汽車的規模，電動汽車的充電模式，以及動力電池的充電特性。改進了電動汽車行駛規律的研究模型，在以往的模型，以及蒙特卡羅方法的基礎上，該方法能夠計算相應充電功率，以及相應車輛尺度的電動汽車的無序充電負載，能夠更為精確地計算出該文章的后續分析的基礎。本文提出了在峰谷分時電價的動態排序充電控制政策的基礎上，以減少電動車充電造成的網損，為優化對象，以變壓器功率上限和各節點電壓偏移為約束條件，將有充電需求的電動汽車“擇優”接入并實時更新，為了滿足電動汽車的有效充電，降低充電負荷對電網的負面作用。關鍵詞：電動汽車；充電影響；分時電價；智能充電；充電策略Abstract

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1研究背景及意義 11.2電動汽車發展史及現狀 21.2.1電動汽車發展歷史 21.2.1電動汽車發展現狀 41.3國內外研究現狀 71.3.1國外研究現狀 71.3.2國內研究現狀 81.4本文的研究內容 92規模化電動汽車充電的影響研究 112.1電動汽車種類及充電模式 112.1.1電動汽車種類 112.1.2電動汽車充電模式 122.2規模化電動汽車充電負荷計算方法 142.2.1電動汽車充電負荷影響因素 142.2.2電動汽車負荷計算方法 192.3規模化電動汽車充電的影響分析 202.3.1規模化電動汽車充電對電網的安全性影響 202.3.2規模化電動汽車充電對電網的經濟性影響 252.3.3規模化電動汽車充電對電網的可靠性影響 262.3.4規模化電動汽車充電對電網電能質量影響 27第3章基于蒙特卡洛仿真的無序充電負荷計算方法 283.1電動汽車行使規律分析 283.1.1日行駛結束時間計算模型 283.1.2日行駛里程計算模型 293.2電動汽車無序充電負荷計算 303.2.1蒙特卡洛法簡介 303.2.2電動汽車行駛規律的蒙特卡洛仿真 313.2.3基于蒙特卡洛仿真的無序充電負荷計算流程 323.3本章小結 33第4章規模化電動汽車智能充電策略研究 344.1基于峰谷電價的動態排序充電策略 344.1.1動態排序的智能充電控制策略模型 344.1.2動態排序的智能充電控制策略算法 364.2動態排序智能充電控制策略的仿真 414.2.1智能充電控制策略的仿真方法 424.2.2智能充電控制策略對配電網的影響 434.3本章小結 46第5章電動汽車有序充電策略分析研究 475.1無序充電控制策略分析 475.1.1設置電動汽車規模及各車型占比 485.1.2各類電動汽車參數設置 485.1.3采取無序充電策略模擬充電負荷 485.2基于分時電價機制的充電控制策略研究 515.2.1分時電價模型 525.2.2算例仿真與結果分析 535.3智能充電控制策略研究 565.3.1以平滑負荷曲線為目標的智能充電控制策略 565.3.2以減少棄風為目標的智能充電控制策略 645.4本章小結 69第6章結論及展望 706.1結論 706.2展望 71參考文獻 73致謝 79PAGE20第1章緒論1.1研究背景及意義伴隨能源危機的加劇，節能降耗已作為現階段世界面對的一致問題。電動汽車，以新能源電力取代石油，具備低碳排放，環保的特點，在各地區得到了較大進展。現階段，很多國家的混合動力汽車，已進入大規模工業化發展階段。許多政府也頒布了一些政策促進電動汽車產業的進展。例如，美國發布了EVProject計劃，義務為用戶構建家用充電設施。英國綠色復蘇計劃，選擇了多個城市當成試點，推廣使用電動汽車，構建收費網絡;法國巴黎，在二零一一年推出世界首個旨在增強人們環保觀念的電動汽車租賃服務業務;日本加快充電設施網絡的構建，規劃到二零二零年將實現二百萬個普通充電設備，以及五千個快速充電站。中國還頒布了一系列的國家電動車標準，和補貼方案。科技部一直在推進電動汽車，在城市公共交通中的采取，執行“十城一千車”計劃。大型電動汽車的進入，就會給電網產生不可忽略的作用。一是，電動汽車的充電負荷，會增加電網負荷，對電網的供電水平指出了越來越高的要求。二是，電動汽車充電負荷的時間，以及空間隨機性，與不確定性，會提升電網運做的管理水平，會相應增強網損，減少電能質量等。盡管大型電動汽車將對電動汽車的安全性，穩定性，以及安全性產生影響，在一個無序的充電模式下，取決于電動汽車的應用，以及運行情況，所以，利用科學有效的控制，可以達到電動汽車的優化運作。所以，分析和研究大型電動汽車，對電網的影響及其應用，電網對電動汽車接入的適應性，以及電動汽車可調度性的評估等方面，存在巨大的意義，以及應用價值。大型電動汽車的充電負荷，會對配電網產生重大影響，而且如果大量電動汽車匯集在負荷高峰負荷下，必然會增加電力系統的壓力，深入的推動電網負荷峰谷差異，很大幾率會產生電壓下降等問題。（1）配電網的重新規劃。隨著電動汽車的方法普及，是許多充電設備的接入，以往的配電網的計劃，也許還不能適應未來的情況。今后，配電網的負載結構，以及特點，將會改變以適應新的情況。（2）電能質量的下降。因為電動汽車的充電負荷，是非線性負荷的一類，因此其中采取的廣泛的電子設施，會出現相應程度的諧波，這很有幾率會導致電能質量的情況。（3）優化電網運行的控制難度增加。電動汽車，是一種新型的移動負載，其用戶行為，和車輛充電時，空分布局存在較強的不穩定性，使得對于電動汽車的充電負荷，存在隨機分布的情況，這會使得電網控制的水平增大。有序充電，是處理大型電動汽車充電，對電網作用的關鍵技術措施。利用智能電網技術，以及經濟措施的整合應用，可以指導，以及協調控制充電行為，達到使用方和電網的雙贏，可以較好地支持電動汽車的進展。所以，電動汽車的有序充電控制，對于降低電力系統運作風險，和增強電網的運行可靠性，安全性，以及效益存在巨大的意義。1.2電動汽車發展史及現狀1.2.1電動汽車發展歷史在一八三四年，電動汽車面世了，相對于內燃機汽車，早出現五十多年。內燃機汽車是超越了前者，這一過程是百年來，人們實現自由移動夢想的經歷，創新了人類的生活習慣，已作為關鍵的陸路交通工具。首輛電動汽車，是安德森于一八三二年至一八三九年間研發的。這款電動汽車使用的電池相對簡單，是無法重復充電的。其次，SturtechFaraday組裝了電動三輪車的電磁感應原理，該電動車的電磁感應原理，在電動車門上應用了新技術。法拉第在十九世紀早期，制造了電機模型后，美國的機械工人達文波特，在一八三六年使用了電動機，推動了木工旋床，并在一八四零年，使用了報紙印刷機。一八四二年，達文波特，以及戴維森共同創造了首輛電動車，這是第一次使用非充電電池的實用價值。一八四七年，法魯生產出第一款可搭載兩人的電池供電無軌電動車。他將電機安裝在由48只Grove電池供電的輪式車上。這是美國在世界聞名的首輛電動車。早于一八七三年的十九世紀下半葉，英國的RobertDavidsson，就生產出全球上第一輛實用電動汽車。這相對于德國的GottliebDaimler，以及KarlBenz制造的汽油發動機車早出現十多年。Davidsson制造的電動汽車，是一輛卡車，長度達到4800mm，寬度有1800mm，采用鐵，鋅，汞合金，以及硫酸展開反應制成的電池。從那時起，在一八八零年以來，采取了能夠充電的電池的。從一次性電池，進化為二次電池的開發，是那個年代電動汽車的主要技術變化。結果，電動汽車的需求大大增加。在十九世紀后半期，作為了交通工具方面的關鍵產品，在人類交通電動車的歷史上，寫下了輝煌的一篇。一八八一年，Trufu電動三輪車，由一臺發動機，以及六個鉛酸電池驅動，與總體重量160公斤的乘員組一起，每小時的速度只為12公里。這輛電動車，在巴黎國際電器展上公布時，造成了很大的轟動。一八八八年，華德電氣，在倫敦打造了一輛每小時為11公里的電動公交車。比較于馬車，電動巴士對于道路損壞，以及街區污染并不會產生影響，獲得倫敦公民的喜愛。這輛電動車，使用蝸輪轉向，以及腳制動器，司機站在電動車的前方來控制汽車。隨后，華德電氣企業，被新建立的倫敦電動巴士企業，以25萬英鎊的價格收購。后來，電動車，電動出租車紛紛在英國上市。一八八九年，里克構建了里克電動車企業，陸續上市了雙座便攜式車，醫生輕型卡車，送貨車等相應的電動車。一八九零年以后，里克打造了美國首輛電動三輪車。一八九一年，莫里斯打造出首臺電動四輪車，達到了從三輪到四輪的創新，能夠說，是現代汽車的原始形態。在美國，實際上把電動汽車融合到商業運作的，正是莫里斯，以及薩洛姆。一八九四年，兩人共同創辦了Morris＆SaromElectricCoach＆Van公司，并制造了電動運輸車。這一車型，由當時的皮卡車改裝而來的，后輪較大，前輪較小，重量達到1928公斤，所采取動力源，是由六十個總重726公斤的酸性電池構成，總容量為100Ah，采用普遍電氣企業的3馬力電機，短時采取功率可實現9馬力，利用電壓掌握速度。一八九七年，德國的紐倫堡，首輛電動消防車出現。具有相同離合器的消防車，能夠達到“泵水”，以及“駕駛”兩種工作狀態的運作。當天晚些時候，柏林推出了一系列帶輪轂馬達的類似電動消防車。一九九零年，加利福尼亞州大會，批準了“ZEV法案”一則，提出在一九九八年，汽車銷售總量內，一定要有2個百分點的零排放污染車輛。到二零零六年，污染車輛的零排放量，需要是汽車總銷量比例的3個百分點。到二零零一年，需要達到5個百分點，隨后二零零三年，達到10個百分點。此后，美國東部的十余個州，遵循加利福尼亞州的例子，并頒布了一系列的零排放方案。首次的燃料電池汽車研發鼎盛是后期是在九十年代初期。一九九一年，美國開發出全球上第一款燃料電池概念車，也就是LaserCell?，該車使用氫儲氫合金氫氣缸，燃料電池功率達到12.5kW，行駛里程將近303km。LaserCellTM的誕生，啟發了各大汽車制造商，“所有的道路都通向羅馬”。燃料電池汽車在行駛里，覆蓋絕對電動汽車，淹沒了電動汽車，引起了大部分汽車公司在這個新領域中，率先采取燃料電池汽車。一九九三年，美國的克林頓政府，設置了PNGV方案，重點關注電池供電的電動汽車。該方案旨在是開發相應的新型電動汽車，以及批量生產。PNGV項目的關鍵組員福特，通用，以及克萊斯勒已經制造了柴油動力混合動力電動車，克萊斯勒的道奇ESX3，也采取高功率鋰電池當成輔助驅動，通用的Precept，由于其制動能量更節能，回收技術，以及這些概念模型在減少燃料消耗，還有排放領域表現相當出色。雖然高成本沒有將相應的概念車輛形成商業化，但該方案在美國各地推出了一系列新型汽車技術的研究和開發。一九九八年，福特汽車上市了專為郵政運輸而設計的Ranger電動車，不但堅固穩定，也很適用于郵政業務的固定路線。第二年，美國郵政局買入了五百輛Ranger電動車，專門投入在郵政服務。該車使用鎳氫電池，續航里程達到九十五公里，最高的速度能夠實現每小時一百二十公里。這正是美國歷年來上規模最大的電動車購買量。1.2.1電動汽車發展現狀電動汽車的進展，通常以來經濟支撐，政策支撐，以及法律方面的強制。各國政府利用使用一系列政策，促進電動汽車及有關領域的進展，鼓勵電動汽車核心技術的發展。例如，優化對科研項目的支持，推動電動汽車核心技術的開發，以及應用;加大電動汽車制造商的相應政策鼓勵;為采購電動車帶來相應的優惠方案，并對于市場上相應的充電模式，充電端口，電池類型等，構建相應的標準。各國電動汽車的進展，通常涵蓋了下面幾個方面：（1）大量宣傳，使用大型的示范作業，宣傳；（2）政府政策指導，政府支持大規模生產；（3）大規模生產，商品化，工業化大生產；（4）政府退出，市場經營。隨著世界各國的自主促進，電動車行業的普及，以及進展獲得了相應的成效。結合前瞻研究院出臺的“二零一八年至二零二三年，中國電動汽車充電樁行業發展預測，以及投資策略分析報告”，在二零一二年至二零一六年，中國新能源汽車領域，步入發展鼎盛期。結合我國汽車報道，按照工業協會出臺的信息，我國新能源汽車銷量很大程度的上漲。銷量從12,000臺，上漲到50.7萬臺，近五年，銷量上漲了四十一倍。隨著新能源汽車政策，二零一七年初，處于轉型階段，補貼等還不明朗。隨著新能源汽車清單的確定，新能源汽車將在二零一七年步入小型低谷，行業預計年初回報將，從今年初的70萬，到80萬臺新能源汽車的銷售仍有很長的路要走走。伴隨“禁油車”，“乙醇汽油”等戰略的實施，新能源汽車銷售額大幅上漲。二零一七年前三季度，新能源汽車累計產銷量依是42.4萬輛，以及39.8萬輛，同比分別上漲40.2個百分，以及37.7個百分點。身為新能源汽車的核心，純電動汽車銷售額，自二零一二年的1.14萬輛，上漲到二零一六年的40.9萬輛，上漲達到四十倍。二零一七年前3季度，純電動汽車銷量依次實現34.8萬臺，以及32.5萬臺，同比上漲依次達到51.6個百分點，以及50.1個百分點。為電動汽車產業和電動汽車充電站行業是互動的關系：沒有電動汽車產業生產規模的擴大，也許它沒有電動汽車充電站行業的快速發展；電動汽車充電站行業又是緩慢的發展，影響電動汽車和電動汽車市場滲透力的大小，膨脹。從電動汽車和充電站的發展現狀，反映了化感作用之間的關系。在中國電動汽車的迅速發展，充電樁經歷了野蠻生長。2010年初，充電樁數量約為1000，在中國。截至2016年底，電動汽車充電樁數量已超過140萬輛。然而，與新能源汽車的生產和銷售數據相比，充電樁的數量大大不足。按照我國電動汽車充電基礎設備推廣聯盟統計，直至二零一七年九月，公共收費站點數為190,599個，比二零一六年末增加44,253個。根據國家一系列的計劃，到二零二零年，新能源汽車年產量將實現二百萬輛，總產銷量將達到五百萬輛以上。若是以二零一六年銷售50.7萬臺為前提，今后四年，在二零二零年，銷售目標將達到二百萬臺，平均上漲率約為45個百分點。但伴隨逐步補貼，為了達到每年二百萬輛的產銷，壓力非常大。所以，前瞻性保守預測，今后5年，中國新能源汽車增速則會緩慢，估計到二零二二年，中國新能源汽車銷量，預計將達到約三百萬輛。圖1.1二零一七年七月至八月，媒體報道說，歐盟許多國家已經制定了以往能源汽車撤出的時間表。例如，荷蘭，德國，以及英國等地區，已經在二零二五年，二零三零年，以及二零四零年設定了退出時間。與此同時，中國工業，以及信息化部副部長，在二零一七年九月的國際汽車工業發展論壇上提出，已開始對中國以往能源汽車出口時間表展開分析研究。身為以往的能源汽車今后的取代品，新能源汽車，正在吸引日益多的注意。除推動電動汽車領域進展政策外，核心技術的相應突破十分關鍵。電池技術，車輛技術，以及電機驅動，與控制技術，是電動汽車的幾個重要技術。特別是電池技術，是抑制電動汽車大范圍普及的重要因素。其主要性能指標包括：能量密度，比能量，成本和循環壽命等。現階段，電池技術通常涵蓋了：鉛酸、鎮氣、鋰離子等。近幾年，因為各地政府的關注，以及鼓勵，電池的性能取得了很大的增強，如鋰離子電池技術，在安全性領域獲取了長足的進步。鋰離子電池，存在重量輕，體積小，循環周期長，同時沒有記憶效應，以及沒有污染等特質，并且，是同等質量的鋰離子電池能量，是鉛酸電池的四到六倍，也是銀氣電池的二倍到三倍。其關鍵的不足之處是：較高的價格，以及收到限制的安全性。但中國鋰資源充足，擁有全球第二大儲量。大規模應用鋰離子電池后，價格將會減少。1.3國內外研究現狀1.3.1國外研究現狀歐洲，美國，還有日本等，許多發達地區對大型電動汽車進入電網的充電負荷進行了研究。近年來，他們獲得了進步，并對電動汽車的充電負荷做出了許多預測，被世界學術領域所關注。戈麥斯等人，先是分析了電動車充電器等，充電環節中對整個地區電網配電變壓器工作壽命的關鍵影響。他們利用分析完全放電電動汽車電池的情況，在固定的時間進行充電，同時，系統負荷曲線仍然是正弦曲線，而不是采取實際的功率需求假設;而Salihi等人，指出廣泛采用電動汽車等新能源汽車，將對整個美國的發電，和配電系統造成巨大的影響。ChanCC，首先預測了電動車輛的電池充電，怎樣影響配電系統的諧波電壓等級，還要根據非線性負載電流，以及配電網絡的統計數據描述實際的方法;Shrestha等人，構建怎樣加強電動汽車電池放電的數學模型，讓電動汽車電池在負荷管理中，得到最佳利用。然而，他們不但把充電負荷建模為分段常數函數對于實際的電動汽車充電過于簡單。結合最近進行的相關研究，英國國家電網電動汽車的電池充電量估計，電動汽車數量的急劇增加，對國家電網的影響將大大小于此前的估計。然而，這項研究的結果，是基于這樣一個事實，也就是英國有充分的發電能力，同時這一研究未能意識到，電動汽車事實上連接到冬季負荷重的住宅區。電動汽車中，電力負荷，負荷充電活動，是隨機的，以及間歇性的，所以，分析電動汽車充電電源是需要的。EV充電電池，身為化學儲能裝置的放電性能，充放電時間呈指數分布，EV接入時間可視為滿足泊松分布。利用MonteCarlo方法分析國內外電動汽車的充放電負荷概率曲線，分析純電動汽車的充放電負荷。在此時期，根據電動汽車發展的一系列政策，以及相應類型的電動汽車充電活動，對今后我國電動汽車充電負荷評估進行了研究，但未對電動汽車充放電性能展開系統分析。伴隨電動汽車充電行為應用規模的擴大，對電力系統的危害日益家具。結合今后電動汽車動力系統負荷的占比，到二零二零年，在美國，以及歐洲很多區域，電動汽車動力系統整體負荷占比，大致預測將實現3個百分點至5個百分點，而國外按照向美國電網學習，分析電動汽車的充電功能，利用研究結果，得出了目前美國電網可承但的最大程度的汽車負載。利用國內外廣泛的分析表明，大規模電動車收費混亂，若是匯集在一個區域，會導致網絡堵塞。基于電池的充電性能，構建了電動汽車充電的特定模型。電荷數量，以及電荷在一段時間內是正態分散的。負荷曲線的調整可見，高峰期的充電會增加電網消極影響的嚴重負荷。相應分析忽略了電動汽車的空間不穩定性，也就是用戶習慣駕駛里程統計的規律性，以及不穩定性，也就是充電，以及放電頻率，但只有預充電動車的范圍，以及數量，兩者間，尚未全面關注用戶的充電需求，這與實際結果大相徑庭。1.3.2國內研究現狀現階段，我國還進行了多項電動汽車負荷估計分析項目。國內大部分大學，以及研究機構正在自主研究電動汽車的充電負荷，及其控制方案。例如，河海學院的王丹，發表了一種插電式混合動力車輛的集中式充電方案，該車輛將法維基座填滿槽。該方案把電動汽車當作靈活的負載，并結合使用時間的電價建立集中式收費方法，對于廣泛的電動汽車自主充電造成的峰谷差異較大的情況，利用計算仿真驗證了模型的正確性，以及算法的效率;和北方交通學院的李雷等，對充電時間選擇進行了研究，并利用調查構建了電網負荷調節的模型研究，以及計算，進而明確了較好的時間間隔，并指出了怎樣支持電動車用戶，利用分時定價優化充電時間的選擇，從而增加消費者，以及電力公司，和電力系統的經濟利益。即使我國在電動汽車充電負荷模型的分析方面，取得了長足的進展，但歐洲，美國，以及日本等發達地區，仍有很長的路要走。伴隨較多的電動汽車進入電網，其充電活動對電網運作的影響日益突出。如何通過電網調度中心管理，以及控制電動汽車充電，怎樣指導使用者采取合理的充電方案，讓電網峰谷差異更小，增強電網設施運用率，降低電網投資等，這些都是需要去考慮的問題。1.4本文的研究內容本文研究工作主要分為如下5章：第一章，現實闡述了電動汽車充電，對電網的作用，和智能充電控制方案的背景，以及研究的目的和意義，分析了國內外對這一課題分析的情況，深入表明了本論文的意義，以及應用價值。第二章，分析了大型電動汽車充電的影響。先是研究了大型電動汽車充電負荷的計算模式，然后分析了大型電動汽車充電的影響，為后續研究奠定了基礎。第三章，基于MonteCarlo模擬，分析了無序充電負荷的計算模式。主要分析大型電動汽車充電對電網計劃，以及構建的影響，分析電動汽車充電基礎設施的建設原則，指出了分布式充電樁，指出電動汽車充電負荷接入配電網典型結構的變電站布局規劃方法和操作模式;從安全性，可靠性，經濟性，以及電能質量四個領域，分析大型電動汽車充電網的影響量化評估機制，和評估方法;第四章，是大型電動汽車的智能充電策略研究。先是，指出了一向在峰谷分電價的動態排序控制策略基礎上，確定了該策略的優化目標與約束條件，提出了動態排序的智能充電控制算法，分為外層排序與內層排序，把有電動車的充電需求，“擇優”準入，以及實時更新，以滿足電動汽車的有效充電。然后以380V居民住宅小區配電網模型為基礎，對基于峰谷分時電價的動態排序的智能充電策略進行了仿真分析，分析了電動汽車充電對配電網負荷曲線，變壓器負荷率，節點電壓偏移，以及使用智能充電策略后網損的影響，并與電動汽車展開比較。仿真結果顯示，動態充電智能充電控制方案，發揮了降低峰值負荷，平滑負荷曲線的效果，降低了充電負荷對配電網的不良作用，增強電網運作經濟性的作用。第五章，研究了電動汽車無序充電策略。分析了電動汽車無序充電，分時充電價體系，以及智能充電等充電控制方案。構建了具有平穩負荷波動，以及減風功能的智能充電數學模型，并采用自適應遺傳算法求解，并利用算例證實了模型，以及算法的準確性。第六章，總結全文的工作，提出本研究的缺點，以及對今后研究的展望。2規模化電動汽車充電的影響研究2.1電動汽車種類及充電模式2.1.1電動汽車種類電動汽車的種類主要分為：純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)。純電動汽車（BEV）：由電動機驅動的汽車。電動機的驅動功率，來自汽車可充電電池，或是其他能量存儲設備。大多數車輛都由電機直接驅動。一些車輛在發動機艙內裝有電動機。有些還使用輪子作為四個電動機的轉子。困難之處在于電力儲存的功能。它不排放危害大氣的有毒氣體。就算電力消耗轉化為電廠排放，其他污染物（如硫和顆粒物），也會大大減少。因為發電廠多數建在遠離人口集中的區域，對人們的影響較少，同時電廠處于靜止狀態，集中排放，易于清除相應的有害排放物，同時也出現了一定的技術。混合動力車輛，說的是可以為至少兩種車載儲能供電的車輛：可消耗的燃料；可再充電能/能量儲存裝置。按照動力系統布局結構，能劃分成下面幾類：(1)串聯式混合動力汽車（SHEV）：車輛的驅動力，僅僅來自混合動力汽車。其布局特征，是發動機驅動發電機發電，電能利用電機控制器傳遞給電機，電機驅動汽車運作。此外，動力電池還能夠單獨為電機帶來電力來驅動汽車運作。(2)并聯式混合動力汽車（PHEV）：車輛的驅動力，是與電動機，和發動機一起，或分開供應的混合動力車。布局特征是并聯驅動系統，能夠獨自用作動力源發動機，或電動機，也能夠用電動機，以及發動機當作動力源來驅動汽車運作。(3)混聯式混合動力汽車（CHEV）：同時與串聯，并聯驅動混合動力汽車。結構特征能夠在串聯混合形式下運作，也能夠在并聯混合形式下運作，并且考慮到串聯，以及并聯的特征。燃料電池汽車：以燃料電池作為動力電源的汽車。燃料電池的化學反應環節中，不會出現有害的產物，所以燃料電池車輛，是無污染的車輛，燃料電池的能量，轉換效率相對于內燃機超出二至三倍，所以，從能源使用，以及環保燃料電池車輛，是比較好的車輛。有必要將各個燃料電池組，合成一個燃料電池堆，以容易取得必要的電力，以達到車輛運作的需求。與以往的汽車比較，燃料電池汽車，存在下面幾點優勢：（1）零排放或近似零排放。（2）減少了機油泄露帶來的水污染。（3）降低了溫室氣體的排放。(4)提高了燃油經濟性。(5)提高了發動機燃燒效率。(6)運行平穩、無噪聲。2.1.2電動汽車充電模式按照上述對相應車輛行駛特征的定性研究，為了達到相應車輛相應的能源需求，各國開發了多種供電方式。現階段，主要有四種充電方式：充電，電池更換，直流充電，以及無線充電。每種收費模式，都有相應的優缺點，和使用范圍。（1）常規充電常規充電模式，是使用相對低的電流展開車輛動力電池充電，一般采取連接到車載充電器的交流充電樁進行電池充電。充電電流，一般低過0.3C，充電時間通常相對長，需消耗5小時至8小時，因此，也被當成是慢充充電模式。目前，常規的充電模式，大多運用電流，以及定壓充電混合，充電早期運用電流充電，以確保電池有效充電。在后期，使用定壓充電，來降低電流以結束充電，并防止過度充電。常規充電的優點：充電電流，以及功率相對小，對電池使用周期影響相對小，對電網影響也相對小;能夠全面擦愛去電力低谷階段期間充電，減少充電費用。常規充電的缺點：充電時間相對長，有必要長時間充電，同時也占據了停車位。當車輛迫切需要充電時，無法滿足附加電力的緊急請求。常規充電方式可以使用于所有車輛：私人電動車輛，可用于定期在私人住宅車庫，小區停車位，辦公室停車位，以及公共停車場的充電樁上，展開車載充電;大中規模公用事業服務電動車輛，能夠在專用停車場中采取外部充電器進行常規充電。（2）快速充電通過非車載充電器通過大電流快速充電，可以在短期間內將電池直接給電池充電至約80個百分點的電量。充電電流，以及電壓通常為150-400A，以及200-750V，充電功率超過50KW，充電時間一般是20分鐘，到2小時，這種方法通常是直流電源。快速充電的一個典型，是特斯拉充電站，充電電流將近265A，電壓達到380V，充電功率能實現12KW，電池組可在75分鐘內充滿。快速充電，一般使用脈沖快速充電方式。目前，大部分電動車只能采用常規充電方式，快速充電方式，只適用于相應的車型，例如：比亞迪等汽車。快速充電的優點：充電時間相對短，充電功率相對大，在短期間內，可充電七層至八層的電量，增強了用戶充電的便利性。快速充電的缺點：充電電流十分大，電池發熱情況較大，對電池使用周期影響相對大;充電功率比較大，電動汽車密集型快速充電在同期，提升了電網的峰值，總負荷會給電網容量產生一定的挑戰。快速充電，通常用于短期停車時間內的充電，采取車輛運作期間，快速補充能量。通常分散在人口稠密的區域，以及高速公路旁，例如，大規模商場等停車場。適用于有特殊充電需求的各類車輛。(3)電池更換電池更換方式是通過機械或手動更換電池組，更換已充滿電的電池。無電電池組可通過低谷電充電，電池組更換方式為純手動方式、半自動形式和機器人更換方式三種。通常，時間為10min，使電動汽車驅動和充電時間長短距離已經解決了。電池更換的優點：電力供應速度快，增強了車主運用的方便性;對于電池使用時間低估的一段時間展開充電，減少充電費用，能夠減少電網峰谷差，以及充電費用;集中管理，以及維護電池，能夠增強電池的使用周期。電池更換的缺點：電動汽車的種類很多，電池規格各不相同，存在標準化問題。相應的充電站，以及廠商的電池轉換，有必要構建一致的管理辦法，并且大型電池存儲站面積加大，運作費用大大提升。電池更換模式，通常適用在電池組標準化水平相對高，且方便更換的車組。特別是在短期停泊的情況下，長時間運行的車群，例如公交巴士，環衛車等，也可以適用在出租車，公務車等方面。適應市區，沿高速公路等場景中。（4）無線充電無線充電方式不需要通過電纜傳輸能量，而是利用電磁感應、電場耦合、磁共振和無線電波傳輸能量。在無線充電模式下，車載感應充電器首先安裝在車輛上。所述的受電部分，與所述車輛的電源部分之間沒有機械連接，但所述接收體與所述電源本體之間的連接更為精確。無線充電的優點是它不需要連接線。硬件上方便統一。無線充電問題亟待解決：提高傳輸效率、電磁輻射、電磁波容易泄漏，當無線充電設備與大功率汽車行駛時，會對附近的生物，以及電子設備造成影響，還有可能危害人體健康。現階段，除去實驗室的無線充電技術的研究，以及開發外，電動汽車的無線充電技能，也慢慢得到驗證。二零一四年，中興把無線充電技能推向市場。它已運用于城市公共交通，以及公務車輛方面。改造后的公共汽車站，可以通過感應裝置展開無線充電。一個8分鐘的充電，可以用來支持巴士大概六公里的運營線。總之，快速充電，有必要作為常規充電的輔助，發揮了緊急的功能。此外，因為充電操作的高功率，以及復雜性，快速充電模式，只適用于具有技術支持的特殊公共充電站，而不符合私人住宅車庫等地方的充電設備。在電動汽車領域發展初期，面對蓄電池容量限制、行駛里程相對短的情況，快速更換電池的供電方式，可以有效提供電能，延長行車范圍。2.2規模化電動汽車充電負荷計算方法2.2.1電動汽車充電負荷影響因素電動車輛的充電負載，通常由初始充電時間，起動時間，起動功率，預估容量，電池容量，以及充電功率確定。所以，影響電動車輛的充電負載的原因，涵蓋了充電模式，家庭行駛規則，每公里電力消耗，充電策略等，具體如下：（1）充電模式按照商務部，工業部，以及能源部二零一零年，采用的“電動汽車導電充電接口”，中國的電動車充電形式，可分成低速充電，常規充電，以及快速充電，可見表2-1。充電模式額定電壓額定電流使用場所慢速充電220VAC16A家用常規充電220VAC32A商用、停車場常規充電400V/750VDC125A高速公路服務區、充電站等250A400A慢充電，以及常規充電都能使電池充電電流更低，充電時間更長。這種模式適用于低電壓充電點，如住宅樓，以及辦公室停車場。它具備費用低、體積小的特征。快速充電，是一種充放電電流大的快速充電方式，充電時間大概為十分鐘至半小時。該模型能夠達到對電動汽車的快速供電，但對電網的影響相對大，僅適用于大規模充電站。此外，對于公交車，或是出租車，能夠使用更換電池的形式，換電池的形式具備時間短的特征，更換電池可以在十分鐘內實現，為使用者帶來快速的能源供應，但有必要為發電廠構建一種特殊的模式，且各使用者之間的電池標準，以及型號應該是統一的。（2）電動汽車行駛里程及每公里耗電量電動汽車的行駛路程，影響了汽車的電量消耗，相應類型的電動汽車的行駛路程不一致。參與美國交通局二零零九年度，進行的家庭汽車駕駛調查顯示，擬合統計結果，可以看出私家車日行駛路程，符合對數正態分布，可見圖2-1，其概率密度函數如式（2-1）所示。圖2-1私家車日行里程概率分布式中，=3.7；=0.92。對于給定類型的車輛，在電量充足的基礎上，最遠的里程幾乎是固定的。利用總行程，還有電池容量，能夠計算每公里的功耗。相應的型號車輛，每公里有相應的功耗。作為例子，比較各種車輛的功耗的情況，可見表2-2所示。表2-2各類車型日行里程及耗電情況比較車型日行駛里程（km）每公里耗電量（kWh/km）公交車200-3001.2出租車300-5000.21私家車20-600.21利用每公里耗電量h，日行里程d,就能夠推算出電動汽車，當日所耗損的電量：（3）電動汽車用戶出行規律使用者出行，在時間和空間上，存在隨機性，以及不確定性，但針對大型電動汽車來說，其活動存在相應的規律性。相應類型的電動汽車，存在相應的操作特性，使得不同的充電負載，如下所述。1）電動車輛的行程時間，以及離開時間，確定了電動車輛可被充電的時段，同時在無序充電形式中，若是指出形成結束時馬上接入充電，那么停止的時間確定了車輛的初始充電時刻。2）電動汽車的初始充電，取決于充電前消耗的電量，以及最后一次充電停止時的電容量。電動汽車行駛結束時的SOC（StateofCharge）可按下式計算：式中：為上一次充電結束時的電池電量；為本次充電的起始電量；表示電動汽車當天所消耗的電量；表示電池的容量。3）在相應充電功率下，期望電量，以及離開時刻，就明確了充電的持續時刻。式中：表示充電結束時期望的電池電量；表示起始電池電量；表示充電功率；表示充電效率。上述公式表明，真正充電持續時間，是電網連接所需的時間長度，以及滿足使用者要求所需的充電持續時間中的較小者，也就是充滿，或是離網會停止充電。所以，從以上研究能夠看出，使用者的行為，對電動汽車的負載帶來影響較大。而相應類型的電動汽車，存在相應的出行方式，下面分析了相應類型電動汽車的運行特點，并在下文中主要研究私家車的駕駛規律。1）私家車出行規律私家車一般用于工作，休閑娛樂等方面，一般的充電位置，通常集中在居民區，公司停車場，商場超市停車場，以及快速充電站等場所。結合大家使用電動車的規律，私家車每天常常并未展開充電，但是當電量小于相應值時，會展開充電，本文采取SOC_limit=50（％）的閥值，也就是當低過電力百分之五十的時候，使用者將采取在方便的時間充電。私家車因為長期待在住宅區，以及辦公單位，所以能夠選擇傳統的充電方式。在辦公單位展開充電的階段，是到停留在工作地點的時間，到離開工作地點的時間，一般是上午7:30至下午17:00;在住宅區，充電的時間是到達住宅到次日離開住宅的階段，一般是下午19點至早上7點。所以，有必要模擬使用者的出行規律，以明確充電開始時間，以及持續時間等數據。2）公交車運營特性公共汽車是一種公共交通巴士，它存在固定駕駛線路，日常出行距離差別較小，日用電量也相對穩定，所以，對電力的需求將相對穩定。第一班車的發車時間是通常為5:30AM-6:30AM,末班發車時間為22:00PM-23:00PM,并且每天上下班時間（6:30AM-9:00AM,16:30PM-18:30PM）是公交車上班的高峰階段，這段時間無法展開充電。因為公交運作的時間，和地點相對穩定，現有的停車場能夠構建充電站展開集中充電。另外，注意到安全的方面，公交車每日需要充電兩次，也就是白天和晚上分別進行充電。本文以白天運行時間，在目前的停車場展開快速充電，以達到快速電力供應，而夜間模式，則用于集中充電模式。相應的公共汽車線路不一樣，例如，第一班車時間，線路長度，車輛時間區間，車輛數量等。本文沒有詳細分析公交車的行為特點，并對造成公交車載荷影響因素的數據，進行了相應的假設，并在實例的分析，以及研究中使用。3）出租車運營特性出租車身為一類小規模的服務型車輛，雖然不是固定的路線，例如運行模式，運行時間，休息階段，行駛距離等，但對于每輛出租車都具有一種特征。由于城市的相應需求，出租車的運營特點是不一樣的。以下以一個城市為例，研究出租車的運作特征。現階段的出租車通常有單班，以及雙班制。對于每個都配置一輛車的單班模式，自行安排時間，日常真正操作時間大概是十個小時，車輛采取效率相對低。單班是一項傳統的運作形式。營業時間是上午7:00，至晚上19:00，運營時間相對短。所以，單班模式的占比也在慢慢減少，以緩解目前各城市的出租車不好打的難題。出租車行駛距離，每天能夠實現350-500公里，但是前電動車的駕駛路程，無法較好地實現這一需求，為防止電池持續放電，出租車平時沒有都應該充電至少兩次。單班出租車，通常在午休階段（上午11:30到下午14：00），以及下班后到家里展開充電，因中午停留時間相對短，所以采取快速充電方法，而長時間停留在晚上，能夠進行常規充電方法。雙班模式為兩人一車，一人負責白班（7:00AM-19:00AM），一人負責夜班（19:00PM-7:00AM），可以看出車輛采取效率高，實際運行當天約20小時。這是國外最普遍的方式，中國很多地區也在慢慢增加這類形式的占比，在上海等不同城市的情況，所有出租車都選擇雙班模式，但雙班模式的占比在北京尚未實現50個百分點。雙班模式當班次轉換時，以前的駕駛員希望完全充電（假設它可以實現80個百分點以上），以符合下一個駕駛員的用電需求。所以兩班出租車會在下午進行換班時（15:00PM-16:30PM）和凌晨交班前（4:00PM-6:00PM）展開充電，而由于停留時間相對短，所以，都選擇快速充電方式。此文沒有詳細分析出租車的行為特點，并對造成出租車充電負荷影響因素的數據，進行了相應的假設，并在實例的分析，以及研究中使用。（4）電動汽車充電策略電動汽車充電控制策略，是以相應的方式控制電動汽車的充電時間表，以達到對電動汽車充電負荷的變化，以及影響。現階段，分析了充電策略有很多，如無序充電，分時電價，智能充電等。無序充電時，電動汽車身為無法控制的負載，也就是將使用者便利時接入電網;分時電價，也就是利用經濟激發，然后引導使用者在負載低谷期，達到轉移負載;智能充電，利用特定的優化目標，將電動汽車充電方案展開控制，然后達到電網的優化運營，下一章將會進行介紹。2.2.2電動汽車負荷計算方法圖2-3，考慮了各種因素的基礎上，相應類型，相應充電方式下，電動汽車充電負荷的計算模型，基本觀點如下：（1）結合大型EV集群場景，明確各個車輛的電池容量，以及充電模式。相應類型的電動車，具有相應的電池容量。例如，現階段的私家車，以及出租車電池容量大約為10-72kWh，而公共汽車電池量，在130kWh左右，同時結合相應類型的電動車輛的充電方案，確定充電方式，也就是充電功率。（2）結合汽車使用者的行駛規則，明確實際充電持續時間使用者的行駛規則，確定結束行駛時間，使用者離開時間，行駛路程，預期功率消耗等，其中，結束行駛時間，以及使用者離開時間，影響了車輛可充電的時長，里程數據體現了是電池的耗電規模，利用里程數，以及每公里消耗容量，能夠估算出充電開始時間的電量，按照使用者預期所需的充電電量，就能夠知道相應的充電時段。（3）充電策略，對電動汽車充電負荷存在關鍵的影響，通常對電動汽車的充電時間產生影響，然后按照以上的充電時間，估算電動汽車的充電負荷。（4）確定是否已經計算出所有電動車輛，若是沒有，那就就返回到（2），不然將輸出大型電動車輛充電負載。圖2-3規模化電動汽車充電負荷模擬方法2.3規模化電動汽車充電的影響分析2.3.1規模化電動汽車充電對電網的安全性影響大型電動汽車充電上網負荷會影響電網安全，經濟運行，電能質量等相應的問題。根據電動汽車的充電需求，和負載特點，選擇代表型的仿真系統，以及測試結果來驗證充電負載對有功負載曲線，變壓器，以及線路過載，電壓損失和電壓穩定性，故障響應和中，低壓的影響保護，電力質量，以及其他電網運行特性。關注到大型電動汽車的充電負荷，本文參照以往的電網安全評估的分析內容，構建了電動汽車充電對電網安全影響的量化評估指數，并提出了一定的評估模式。一般涵蓋了三個方面：靜態安全風險評估指標，靜態電壓穩定裕度指標，暫態電壓穩定裕度指標。（1）評價了電動汽車充電對配電系統靜態安全風險的影響。從線損、配電網設備，以及負荷情況三個領域，構建了配電網運營經濟影響評價指標機制，可見下圖2-4。運用完善的層次分析模式，明確各指標的權重，對配電網運營經濟性展開模糊總體評價。以IEEE34節點配電網測試系統來說，分析了電動車輛充電前后各評價指標的得分，分析了相應控制策略的充電負荷，對相應類型負荷分配區經濟運作的影響。圖2-4配電網運行經濟影響評價指標體系中的電動汽車充電負荷通過層次分析法，以及主成分析方法，明確主、客觀指標權重，和加權因子，明確綜合權重，可見表2-4。隨后，按照表2-1中的綜合權重，以及二級指標得分，來評估內容層，可見表4-3。表2-1各二級指標的權重一級指標線路損耗配網設備負荷情況二級指標0.70000.30000.66700.33300.64500.35500.64300.37500.51400.48600.56700.43300.67720.32280.60580.39420.61380.3862表2-2各一級指標得分情況區域名一級指標指標得分評估效果商業區線路損耗77.1450良配網設備／／負荷情況83.8716良工業區線路損耗77.2818良配網設備／／負荷情況83.4234良住宅區線路損耗76.4254良配網設備／／負荷情況79.2224良綜合區線路損耗77.2700良配網設備80.8092良負荷情況83.5184良利用上述的計算環節，明確綜合評價結果，可見表4-3。表4-3各一級指標的權重及評價總得分一級指標線路損耗配網設備負荷情況0.55680.32950.1137（針對不含配變的區域）0.830500.1695得分／評估結果商業區78.2815／良工業區78.3228／良住宅區76.8995／良綜合區79.1462／良全網絡區域78.9150／良研究相應協調充電占比下的整個網絡總分，可見圖4-2。分析結果可見，配電網進入電動汽車充電負荷后，相應指標得分出現下滑，可見充電活動，會對配電網經濟造成負面影響。伴隨參加協調充電的汽車占比持續增加，所有二級指標的得分慢慢增加，但除去負荷因子外的相應指標，均沒有超出基本負荷得分。圖4-2不同協調控制比例下的綜合得分情況（2）電動汽車充電對配電系統靜態電壓穩定裕度的影響分析結果可知，電動汽車充電范圍，在綜合負荷與靜態負荷之間的動態特性，伴隨電動汽車負荷的持續提升，暫態電壓穩定裕度慢慢減小。仿真成果可見下面圖4-3，以及圖4-4。圖4-3不同滲透率電動汽車及常規負荷對系統電壓穩定裕度的影響圖4-4電動汽車有序與無序充電電壓穩定裕度仿真結果（3）電動汽車充電對配電系統暫態電壓穩定裕度的影響考慮電網擾動后限制消除時間和感應電動機負荷的滑動裕度，構建了暫態電壓穩定裕度指標。選擇配電網作為三個快速充電站接入點的弱點，原電動汽車接入負載分配占比。在某一節點制定三相短路阻礙，研究感應電動機的暫態電壓穩定裕度。模擬成果可在表格中看到。分析結果現實，電動汽車充電范圍在綜合負荷與靜態負荷之間的動態特性，伴隨電動汽車負荷的滲透率持續提升，暫態電壓穩定裕度慢慢減小。關注到電動汽車的放電，伴隨電動汽車放電功率的提升，暫態電壓穩定裕度得到有效的改善。這是由于當配電網出現故障時，電動汽車將電能反饋給電網，以減少故障發生時的電壓降，進而增強電網的暫態電壓穩定裕度。表4-4電動汽車充電時暫態穩定裕度指標負荷滲透靜態負荷暫態電壓穩定裕度指標綜合負荷暫態電壓穩定裕度指標電動汽車負荷暫態電壓穩定裕度指標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電動汽車放電時暫態穩定裕度指標電動汽車負荷滲透率暫態電壓穩定裕度指標相對于滲透率000.540110%0.5461.01120%0.5631.04330%0.5931.09840%0.6171.14350%0.6451.19460%0.6711.2432.3.2規模化電動汽車充電對電網的經濟性影響從線損，配電網設備，負荷情況等三個領域，構建配電網運營經濟影響評價指標機制。層次分析模式，以及主成分析法模式，明確主客觀權重的主要指標，以及權重因子，明確綜合權重，可見表4-6。然后按照相應狀態下的權重，還有下表中，因子層的二級指標的得分水平，展開評估內容層。評估成果可見表4-7。表4-6各二級指標的權重表4-7各一級指標得分情況類似的，能夠參考上表一級指標得分，計算得分情況可見下表。表4-8各一級指標的權重及評價總得分在相應協調充電占比下，分析全網路的綜合得分狀態，可見圖4-6。圖4-6不同協調控制比例下的綜合得分情況2.3.3規模化電動汽車充電對電網的可靠性影響通過參考以往有效的評估方面的研究結果，指出了涉及電動汽車充電負荷的電力系統有效評估指標機制。按照指標計算公式，和系統情況研究成果，計算出一定的指標。相應電動汽車的相應指標的計算，可見下表。負荷點方案一方案二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按照上表中相應負荷點的功率損耗指標，能夠獲得系統缺電的期望值EENS，方案1，缺電的期望值EENS，是24.4689MWh，方案二的電量不足期望值為19.1333MWh。2.3.4規模化電動汽車充電對電網電能質量影響以IEEE34節點測試饋線來說，定量研究電動汽車充電，對電能質量產生的影響。仿真成果可見表4-10。仿真成果顯示，電動汽車充電，對電能質量產生的影響，大致滿足國家標準指標。表4-10電動汽車充電對電能質量影響評估結果電壓偏差%3.5-6.34.0-7.64.3-8.1符合國際要求頻率偏差49.99-50.0149.99-50.0249.97-50.02符合國際要求電壓不平衡度0.003-0.0060.027-1.0030.036-1.356符合國際要求電壓總諧波畸變率%00.112-0.80，213-1.145符合國際要求奇次電壓諧波含有率（2-50次）0最大值2%最大值3%符合國際要求偶次電壓諧波含有率（2-50次）0最大值2%最大值3%符合國際要求諧波含有率（2-50次）0最大值4%最大值6.8%符合國際要求第3章基于蒙特卡洛仿真的無序充電負荷計算方法3.1電動汽車行使規律分析以上顯示，使用者的行駛規則，是決定EV充電負載的關鍵原因。因為相應的操作規則，相應類型的電動車，存在相應的充電規定。所以，預測EV負載有必要科學模擬EV使用者的行駛規則。按照現實情況，電動車的狀態能夠分成行駛狀態，以及停車狀態，其停車狀態，可以按照相應的地區，更深入的劃分。例如，私家車能夠劃分成為在家，在公司，在商業區等。現階段，對于使用者行駛規律，分析最多的方法之一，是根據統計方法，并且獲得了描述電動汽車行駛規則特征的每個變量的概率分布。另一種，是利用馬爾可夫鏈的模式，來分析電動汽車間的轉移狀況。下面就拿私家車來說，介紹這兩項方法，這一方法也可以適用在別的車型。3.1.1日行駛結束時間計算模型數據擬合，是利用汽車使用者駕駛數據的統計研究，獲得滿足駕駛規則的概率函數。以住宅區充電來說，根據二零零九年，美國交通機構統計的私家車輛駕駛信息，對某一區域使用者價值結束，以及次日出發的統計數據，展開歸一化加工，并通過最大似然估計模式，把使用者回家的時間，以及離開的時間，近似成正態分布，擬合成果可見圖3-1，其概率密度函數為如下式所示。圖3-1最后一次出行結束及離開時間的概率式中，=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，每個EV的確定性駕駛情景，能夠利用蒙特卡洛隨機抽樣模式來明確，也就是最后一次駕駛回家的時間，以及次日出發的時間，若是使用者回家立即接入到電網中，出發時與電網斷開，那么以上兩次是電動汽車并網期。拿無序充電模式；來說，若是根據返程就進行充電，那么最后一次返回的時間，就是開始充電的時間。3.1.2日行駛里程計算模型按照NHTS的統計可知，私人電動汽車，每日駕駛路程，近似為對數正態分布，其概率密度函數，可見下列公式，概率密度曲線，由MATLAB軟件繪制，可見圖3-2。式中：=3.2；=0.88。圖3-2日行駛里程概率曲線圖由于美國私家車的平均日行駛里程與中國的不同，因此為了更加符合中國私家車的實際情況，需要將該數據進行轉換。由該統計數據可以得出美國車輛的日平均行駛里程約為37.7英里，根據北京交通發展研究中心數據，能夠算出我國車輛日常均駕駛路程大概是41.1公里，所以，能夠計算我國車輛每日行駛路程，可見：隨后，按照電動汽車行使過程中，每百公里消耗的電量，以及充電功率，能夠計算充電時長，可見：式中，為充電功率，為百公里耗電量。3.2電動汽車無序充電負荷計算3.2.1蒙特卡洛法簡介蒙特卡羅法即隨機抽樣法，它以概率和統計學為理論基礎，通過產生滿足某概率函數的隨機數來求解出所要結果的計算手段。其主要思路，是利用反復的驗證，以事件重復次數，來替換事件發生的幾率。由于該方法計算量大，需要依賴于計算機進行大量計算和模擬試驗。蒙特卡羅方法，通常用于處理不穩定性，或是風險類型的問題，處理問題的環節能夠劃分成三個步驟：（1）描述或構造概率過程采用蒙特卡羅法解決實際中的問題時，如果問題本身就是一個具有隨機性的概率過程的話，則只需要正確的對其概率過程進行模擬，如果問題本身是確定的，不具有隨機性的話，則需要將問題進行隨機性的轉化，即構造一個概率過程，而該過程的某些參變量正是要求的解。對于概率過程的描述也即為概率函數的建立，概率函數的正確與否直接決定了最后的求解的結果是否符合實際情況，因此正確的對概率過程進行描述或構造是非常重要的一步。（2）從己知概率分布抽樣概率模型，由相應概率分布組成。所以，在建立概率模型之后，生成符合已知概率分布的隨機變量，變成是蒙特卡洛模擬的基礎模式，其中，符合（0,1）平均分散的隨機數變量，是最普遍和關鍵的形式。有兩種產生隨機數的方法：物理方法，以及數學遞歸公式形式。但物理方法采取相對麻煩，因此使用數學遞推公式形式的比較常見。隨機數，顧名思義就是隨機產生的數，每個數出現的概率都是等大的，若是生成了10000個滿足（0,1）平均分散的隨機數，就會生成每個數的概率，均為萬分之一，但是若是想要生成一個符合別的區間內上平均分散的隨機數，僅需把符合（0,1）平均分散的隨機數，放大或是減少一定的倍數就可以了。（3）建立估計量該部分其實就是對模擬實驗的結果進行考察、登記的過程。模擬實驗實現后，利用明確一個隨機變量，當成是所需的解，也就是無偏估計量。本文對充電負荷的模擬只用到了前兩個部分。3.2.2電動汽車行駛規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，模擬電動汽車的駕駛規律。按照電動汽車的駕駛規律函數，模擬了電動汽車的日常行車結束日期，以及每天駕駛距離數據，其仿真結果如圖3-3、圖3-4所示。從圖中可以看出，通過蒙特卡洛法仿真的日行駛結束時間和日行駛里程的結果與其概率密度曲線很好的吻合，這表明蒙特卡洛模式，能較好地仿真電動汽車的駕駛規律，在這一情況下，計算出的充電負載，具有準確性。圖3-3日行駛結束時間仿真結果與概率曲線對比圖圖3-4日行駛里程仿真結果與概率帥線對比圖3.2.3基于蒙特卡洛仿真的無序充電負荷計算流程利用蒙特卡羅模式，以及電動汽車駕駛法則，研究模型能夠獲取每輛電動汽車每天駕駛結束時間，以及每天駕駛數據，然后利用相應的數據，能夠計算出每臺電動車輛的充電負荷，通過疊加，能夠獲取規模化EV充電的負荷的綜合。圖3-5，是根據電動汽車充電負荷計算方法流程的統計模型提出的，其步驟描述為：（1）輸入原始數據。通常涵蓋電動汽車總數量Ⅳ、每天公里耗電量，充電功率R等；（2）開始，初始化i，令i=1.f為電動汽車編號，意味著目前正在計算充電負荷的是，第f輛電動汽車，i=l,2，…，N；（3）提取電動汽車的日常駕駛結束時間數據t，結合上述假設，啟動充電時間，為電動汽車每日運行結束時間，采用分布式無序充電時的開始充電時間。利用MonteCarlo方法，獲得概率密度函數，以符合EV每天駕駛時間數據;（4）以日行里程數據為例，美國私家車駕駛路程滿足概率密度的對數正態分布函數，利用類似步驟3的形式，獲得電動車駕駛路程數據;（5）計算滿足中國電動汽車駕駛規律的日常行車路程數據。將第四步計算出的美國私家車日行駛里程數據轉換為滿足我國私家車行駛規律的日行駛里程數據；（6）計算充電時長。計算得到該輛電動汽車的充電時長：（7）計算電動汽車充電負荷。按照得到的初始充電時間X，以及充電時間長度t可以看出，電動汽車僅在[x，x+T]時段內，根據功率進行充電，使得第f個電的充電負載可以計算車輛，然后將該負載疊加在總的i-1電動車充電負載上，最后獲得總的電動車充電負載曲線。圖3-5基于蒙特卡洛法的無序充電負荷計算流程圖利用上面的電動汽車充電負荷計算方法，平均每輛電動汽車充電負荷曲線在一天通過MATLAB仿真軟件繪制，當EV值為1000，充電功率6KW，如圖3-6所示。圖3-6單輛電動汽車的平均充電負荷曲線3.3本章小結本章側重分析電動汽車充電障礙分析模型，以及負荷計算方法，分別對影響電動汽車充電負荷的關鍵因素展開了研究，依次對電動汽車駕駛規律、電動汽車規模、電動汽車充電方式，以及動力電池充電特點展開了分析，并提出科學的假設;然后，按照燃料車對美國運輸部的統計信息，對電動汽車行駛的模型進行分析，涵蓋了日常駕駛里程，以及結束時間概率模型，近似正態分布，以及對數正態分布;最后，對根據MonteCarlo方法的無序充電負荷計算模式，展開了分析，利用MonteCarlo方法，對電動汽車駕駛規則展開了模擬。通過與概率曲線比較驗證了仿真結果的準確性，總結了通過蒙特卡洛法計算無序充電負荷的計算流程，并畫出了EV規模為1000輛、充電功率為6kW時單輛電動汽車的平均充電負荷曲線。第4章規模化電動汽車智能充電策略研究4.1基于峰谷電價的動態排序充電策略大型電動汽車，其無序接入，會直接影響配電網的運行，以及規劃，所以，有必要利用合理的充電調控措施，來指導，以及控制使用者充電，把充電負荷轉移到在負荷低谷期間，要滿足削峰填谷，峰谷價格政策，也發揮了相應的作用。峰谷電價，是以每天電網的負荷曲線為依據，按照負荷水平變化的特點，將其劃分成一個以上的時段，每次用電量不同時對用電量，高峰負荷階段，電價相對高，低谷期價格有所下降，用這樣的經濟措施引導使用者展開用電，抑制高峰時段不合理的負荷增長，同時又増加用電低谷時段的用電量，實現合理的分時段用電，提高電力設備的利用率與電網運行的經濟性。當采用峰谷電價政策時，EV用戶考慮到充電成本之后就會自覺的減少在負荷高峰時段的非緊急性充電，這部分充電負荷自然就被轉移到了電網負荷較低的時段，對于供電公司和EV用戶來說這是一種雙贏的結果。高峰負荷向負荷低谷的轉移使供電公司平衡了電力消費狀況，降低了供電成本，獲得了更大的經濟效益，而EV用戶則享受到了低用電電價的優惠，減少了充電電費，使EV使用成本降低，有利于電動汽車的發展與普及。所以，本文在峰谷電價政策的基礎上，分析了電動汽車充電控制的策略，指出了基于分時電價的動態排序收費控制策略。該策略以降低由電動汽車充電引起的網損為優化目標，以變壓器功率上限和各節點電壓偏移為約束條件，來將有充電需求的電動汽車“擇優”接入，并每隔一段時間（本文是6min）重新計算一次，對可以進入電網進行充電的電動車輛展開刷新。4.1.1動態排序的智能充電控制策略模型（1）目標函數隨著經濟社會的飛速發展，用于的生產的電能的能源規模也逐年增加，越來越多的能源轉化為電能以供用戶使用。根據國家統計局出臺的，“二零一七年國民經濟與社會發展統計公報”可見，二零一七年，我國能源消費總額達到43億噸標準煤，相對于二零一六年上升了0.9個百分點，我國總發電量產能達到5.80萬億千瓦小時，相對于二零一四年上升2.9個百分點,如果按照1度電等于0.334千克標準煤進行計算，則用于發電的標準煤達到19.4億噸之多，占全國能源消費總量45.1%，可以看出，生產電能是能源消耗的主要方式之一，如果通過經濟調度降低電能損耗，必定會節約大量能源。電能損失通常出現在配電網中，按照有關資料現實，在中國的電網損耗方面，35~110kV輸電損失量的比例在22個百分點左右，78個百分點的配電網，其中，配電網的線損10kv，比例在36個百分點左右，配電網0.4kV損失量可占到42個百分點，減少配電網的損耗是十分關鍵的節約能源，以及增強其經濟效率的措施。但是，大型電動汽車的充電，必然會增加配電網的功率損耗，減少電網運作的經濟性。所以，該策略旨在減少由EV充電造成的負載損耗，作為充電EV的優化目標。其表達式如下：其中，為系統總網損，為系統某條支路的線損，K表示第k個結點，t為對允許接入電網充電的電動汽車進行更新的時間點，每隔6min更新一次，一天共240個點。（2）約束條件1）電壓約束電壓偏移，是測量電能質量的一個關鍵指標，其中，大型電動汽車充電系統的負荷增加，必然會給電網電壓質量產生不良影響，導致節點電壓降低，甚至是越限，對于配電網來說尤其如此。因此本文選取節點電壓為約束條件之一，以保證電網供電質量，表達式如下：其中，和分別為節點電壓的上、下限值，2）變壓器功率上限約束變壓器，是電力系統各方面一個最關鍵的方面，負責變電，以及配電任務，變壓器可不可以保障經濟運營，以及有效運行，很大程度影響了電網運營的經濟性，以及有效性。當變壓器的負載率，在25個百分點至75個百分點間時，變壓器位于經濟運營之間，當負載率位于50個百分點至60個百分點之間時，變壓器的運營效率相對高。在很多的EV充電負載連接到電網時，充電負載疊加在傳統負載上。在高峰負荷期間，很大幾率造成變壓器過載，減少了電網運營的經濟性，乃至于導致跳閘變壓器的繼電器，給住戶的正常用帶來不良影響。所以，本文中，變壓器經濟運作功率，上限是一個制約因素，以確保電網的安全性，可靠性，以及經濟運作。可見下列公式：其中，為系統總負荷，為負荷節點k的負荷功率，為變壓器的額定容量，為系統功率因數，取為0.87。4.1.2動態排序的智能充電控制策略算法（1）電動汽車充電方式的設定智能充電基于峰谷分時電價在本文中包括兩種充電模式控制策略：立即充電，以及經濟充電，但是經濟充電，又涵蓋了非峰充電，以及谷期充電。立即充電立即充電即為“即插即充”的傳統無序充電方式，該種充電方式不受電網經濟調度的控制，在接入電網之后，只要電網有能力為其充電，便會根據用戶設置的充電參數立即為其充電，無需等待。本充電方式主要是用于滿足有緊急充電需求的用戶。非峰期充電非峰期充電也可稱作避峰充電，它的特點是當充電過程中若遇到負荷峰期會自動停止，待峰期過后繼續進行充電。本充電方式主要用于滿足充電需求不是很緊急而且電池剩余電量相對較少，需要較長充電時間的用戶。谷期充電谷期充電即只在負荷的低谷時段為電動汽車充電，如果當天負荷谷期充電無法滿足用戶的充電需求，則會在下一日谷期繼續完成充電。該種充電方式主要用于滿足充電需求不高，短時間內不在用車，有足夠的時間為電動汽車充電的用戶。（2）電動汽車充電優先級群體的劃分根據電動汽車用戶所選充電方式的不同，基于峰谷分時電價的動態排序智能充電控制策略將充電的電動汽車劃分為兩個優先級群體。高優先級群體采取立即充電，或是無序充電，其電動車輛是屬于高優先級組。若是該組內的電動車輛連接，如果符合以文的約束條件，電網將直接對電動車輛充電，但是采取具有充電模式的電動車輛，是最昂貴的車輛充電價格，不管在哪個時段接入均按峰時電價進行結算。低優先級群體在具有高優先級組的電動車輛完全連接的情況下，具有經濟充電，或有序充電的電動車輛是低優先級組，并且如果電網仍然有足夠的容量給組充電，則電動車輛可以享受折扣在峰谷分時電價。在正常時段，以及谷底時段充電的電動車輛，依次根據正常時段電價，以及谷時段電價展開結算。電動車充電優先級，充電方式，以及充電價格的對應關系，可見表4-1。表4-1EV充電優先權、充電方式、充電電價之間的對應關系充電優先權充電方式充電電價高優先權群體立即充電峰時段充電低優先權群體非峰期充電平時段電價谷期充電谷時段電價對具有充電要求的電動車輛，展開優先排序的目的，旨在是通過經濟方式，來指導電動車輛使用者的充電活動，盡可能讓不存在應急充電情況的車輛，錯開峰值負載充電，以實現削峰填谷的作用。對于那些不接受電網經濟調度的電動汽車用戶而言，則付出了更大的充電代價，但是獲得了高的充電優先權。（3）動態排序的智能充電控制算法本文提出的基于峰谷分時電價的動態排序智能充電控制策略，所采用的排序控制算法分為兩層排序：外層排序和內層排序。按照所選充電方式的不同，將接入電網的電動汽車劃分為兩個具有不同充電優先級的群體，此過程為外層排序；在各自的優先級群體內以降低由電動汽車充電引起的網損為目標，對需要充電的電動汽車再次進行排序，此過程為內層排序。然后在滿足約束條件的情況下將電動汽車按順序接入充電，并沒隔一段時間（6min）重新計算一次。如果在每次的EV排序計算中都要對網損進行很多次重復計算的話，計算量過大，計算速度較低，因此為了滿足電力系統對實時計算的要求，本文通過計算每輛接入電網充電的電動汽車所引起的網損的微增量即網損微增率，來代替網損作為電動汽車的排序依據，以達到降低由電動汽車充電引起的網損的目標，由于在系統同一節點接入的電動汽車充電負荷的網損微增率是相同的，只需要計算每個節點接入的充電負荷的網損微增率即可。因為網損既是全部節點功率的函數，也是所有節點電壓的函數，所以：分別求網損對節點功率和節點電壓的偏導數則有：極坐標形式下的牛頓法潮流計算修正方程為:其中，雅克比矩陣為：代入上式可得：將上式轉置可得：對上式求解可得：通過上述方程，能夠得到每個節點，受到的有功負載的網損增加率瓦，也是電動車輛充電負載的網損增加率。然后在各自的優先級群體內按照網損微增率的大不對需要充電的電動汽車進行排序，網損微增率較小的優先接入充電，在保證約束條件的情況下依次接入。（4）動態排序的智能充電控制流程本文提出的動態排序的智能充電控制策略，以峰谷電價為基礎，利用電價引導電動汽車用戶根據自己的充電需求選擇不同的充電方式，同時獲得了不同的充電優先權，