电动汽车大规模并网的有功控制研究

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1、国内图书分类号：TM761+.2密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文电动汽车大规模并网的有功控制研究年级二零零九姓名侯贸军申请学位级别博士专业电力系统及其自动化指导老师王晓茹教授二零一七年九月ClassifiedIndex：TM761+.2U.D.C：621.3SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationResearchonActivePowerControlofLarge-scaleGrid-connectedElectricVehiclesGrade：2009Candidate：Ma

2、ojunHouAcademicDegreeAppliedfor：PH.DSpecialty：PowerSystemandItsAutomationSupervisor：Prof.XiaoruWangSeptember,2017西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要由于能源供给和环境污染之间的矛盾越来越突出，这使得电力系统也在经历向清洁环境妥协和由节能需求驱动的深刻变化。电动汽车作为清洁交通可行的解决方案，已引起各国政府和研究人员的重视。此外，电动汽车作为智能电网中的重要角色，被认为是解决全球能源和环境问题的一个关键。电动汽车的大规模应用和部署将缓解能源和环境等方面的问

3、题，但同时会对电力系统的安全、稳定和经济运行产生严重影响。因此，本文以电动汽车大规模并网的有功控制作为主要研究内容，以应对电动汽车大规模部署到电网后电力系统在稳定和经济运行方面的挑战。所做的工作和主要研究成果如下：(1)基于电动汽车电池的物理特性和充电分布，给出了电动汽车聚合器比较完整的概念，确定了聚合器的服务和可用的商业模式，提出了聚合器的市场运行框架，以及与微网控制结构相适应的聚合器控制架构。基于聚合器的运行框架和控制架构，给出了聚合器各子系统的具体功能和完整的内部运行流程。在此基础上，提出了以聚合器为关键实体的V2G概念框架，该框架涵盖技术管理和市场运行两个领域，

4、既可以将电动汽车作为可控负荷、电源/储能装置向电力系统提供各种服务以获取收益，又可以在满足电动汽车充电需求的基础上，消除电动汽车大规模接入电网给电力系统带来的不利影响。(2)提出了基于G2V的电动汽车聚合器电能和调节服务的优化调度框架。框架使电动汽车既可以在非负荷高峰期进行充电，又可以在充电期间提供调节服务。将聚合器在能源和调节服务市场的电能交易和调节服务收益之和作为目标函数。目标函数考虑了调节服务对电动汽车电池充电能量的影响以及电池充电功率的约束，能实现聚合器收益的最大化。此外，提出了一种用于聚合器调度电动汽车的调节算法。该算法考虑了电动汽车电池容量的约束，降低了聚合

5、器和电动汽车之间的通信流量。仿真结果表明，基于G2V的聚合器最优调度不仅可以增加聚合器的收益，还可以在满足电动汽车充电需求的基础上，降低电动汽车的充电成本。(3)在现有AGC区域模型基础上，增加了可再生能源计划外发电功率、区域控制误差分配器和聚合器模块。构建了一个用于AGC的聚合器模型，并提出一个计及聚合器的区域控制误差优化分配方法。聚合器模型给出了聚合器参与调节过程的数学描述，能够快速响应区域控制误差信号并满足电动汽车电池的功率和能量约束。根据常规机组和聚合器的调节容量、出力变化速率和荷电状态等约束，计及聚合器的区域控制误差优化分配方法在它们之间优化分配调节功率，在保

6、证AGC控制性能的基础上，使调节成本最小。仿真结果表明：将聚合器集成到含高渗透率可再生能源的AGC控制区域，可以通过提出的区域控制误差优化分配方法，实现调节功率在常规机组和聚合器之间第II页西南交通大学博士研究生学位论文优化分配，从而改善含高渗透率可再生能源的AGC系统性能，并降低调节成本。(4)通过对系统进行单机等值，建立系统含电动汽车切负荷的单机频率响应模型，模型考虑了调速器的作用。在提出的V2G概念框架基础上，建立了以聚合器为核心的三层频率紧急控制框架，给出了每层的功能和作用范围。提出了可调度电动汽车切负荷量的计算方法。方法考虑了电动汽车的能量和容量约束，在保证调

7、节服务质量和电动汽车充电需求的前提下，通过电动汽车向系统注入放电功率以平衡有功缺额。仿真结果证明了含电动汽车切负荷的单机频率响应模型，以及基于该模型的动态频率评估方法的有效性；电动汽车能够代替负荷实现系统的频率紧急控制；聚合器提供的紧急控制备用容量能够使系统不切或少切负荷，从而提高系统供电的持续性和可靠性。关键词：电动汽车；聚合器；集成框架；优化调度；优化分配；紧急控制西南交通大学博士研究生学位论文第III页AbstractThecontradictionbetweenenergysupplyandenvironmentalpolluti