第一章 緒論

1.1 研究背景與意義

為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，近年來(lái)新能源發(fā)電得到了世界各國(guó)的高度重視，這推動(dòng)了風(fēng)電、光伏發(fā)電在世界各國(guó)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。在世界范圍內(nèi)，可再生能源發(fā)電容量正在不斷增加，所占比例也在不斷擴(kuò)大。在歐洲國(guó)家荷蘭，2014 年可再生能源總發(fā)電量為 117 億千瓦時(shí)，占總用電量比重約 10%，其中風(fēng)力發(fā)電量 49.8 億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng) 8%;在丹麥，政府計(jì)劃在 2020 年前實(shí)現(xiàn)清潔能源占總發(fā)電量比重 50%的目標(biāo)，并在 2050 年前完全脫離化石燃料。

而根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)最新發(fā)布的報(bào)告，2014 年拉丁美洲光伏市場(chǎng)裝機(jī)量達(dá) 625 兆瓦，較 2013 年上漲 370%。 我國(guó)幅員遼闊，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源豐富。新能源發(fā)電在我國(guó)也得到了快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，截至 2014 年底，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量 2805 萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng) 60%，其中，光伏電站 2338 萬(wàn)千瓦，分布式 467 萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量約 250 億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)超過(guò) 200%。同時(shí)，國(guó)家能源局公布的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2014 年，我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)已超 9000 萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)年發(fā)電量 1500 億千瓦時(shí)。

可再生能源發(fā)電的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為電力系統(tǒng)提供了大量的清潔能源，緩解了環(huán)境壓力，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。然而，從電力系統(tǒng)的供需平衡的角度，可再生能源具有間歇性的特點(diǎn)，大規(guī)模可再生能源的并網(wǎng)給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。可再生能源的不穩(wěn)定性既會(huì)增加系統(tǒng)的備用容量，增大了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)也會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，如電網(wǎng)頻率更加難以維持穩(wěn)定。

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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車作為一種典型的能夠與電網(wǎng)互動(dòng)的柔性負(fù)荷，除交通功能外，還可以通過(guò) V2G 技術(shù)參與電力系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)。在大規(guī)模新能源并網(wǎng)環(huán)境下，通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車負(fù)荷的需求響應(yīng)控制能夠提高電力系統(tǒng)對(duì)間歇性新能源的消納能力。同時(shí)，電動(dòng)汽車還能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用，提高電網(wǎng)的應(yīng)急控制能力。電動(dòng)汽車負(fù)荷具有以下特征：

(1) 可控時(shí)間長(zhǎng)。一般電動(dòng)汽車在全天當(dāng)中出行時(shí)間僅占 4%，其余 96%的時(shí)間處于閑置狀態(tài)。在閑置期間，電動(dòng)汽車具有很大的用電彈性，能夠作為儲(chǔ)能裝置為電力系統(tǒng)提供輔助服務(wù)[1-3];

(2) 能量雙向流動(dòng)。基于 V2G 技術(shù)，電動(dòng)汽車既能夠作為電力負(fù)荷從電網(wǎng)吸收電能，又能夠作為分布式電源將電能向電網(wǎng)回饋，根據(jù)電力系統(tǒng)功率需求動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電功率[4-5];

(3) 響應(yīng)速度快。電動(dòng)汽車的充放電在本質(zhì)上是化學(xué)過(guò)程和電磁過(guò)程，不包含機(jī)械過(guò)程。因此，電動(dòng)汽車車載電池具有較快的響應(yīng)速度，其充放電狀態(tài)改變時(shí)間能夠達(dá)到毫秒級(jí)[6].

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第二章 考慮用戶參與度的電動(dòng)汽車集中式頻率控制策略

2.1 引言

在電動(dòng)汽車快速普及的背景下，集中式充電站、換電站是公共區(qū)域應(yīng)對(duì)大規(guī)模電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的有效商業(yè)模式。在電動(dòng)汽車集中接入方式下，基于Vehicle-to-Grid(V2G)技術(shù)，電動(dòng)汽車能夠通過(guò)集中控制為電力系統(tǒng)提供輔助調(diào)頻服務(wù)[38-40]。在系統(tǒng)頻率高于額定值場(chǎng)景下，電動(dòng)汽車增加充電功率以增加系統(tǒng)負(fù)荷;在系統(tǒng)頻率低于額定值場(chǎng)景下，電動(dòng)汽車降低充電功率或向系統(tǒng)反供電，等效降低系統(tǒng)負(fù)荷，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。 電動(dòng)汽車作為一種移動(dòng)式儲(chǔ)能裝置，與傳統(tǒng)儲(chǔ)能有顯著的區(qū)別，主要體現(xiàn)在其可用容量受出行特性的影響，是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的[41-43]。

電動(dòng)汽車負(fù)荷特性與用戶充電方式有密切的聯(lián)系，在實(shí)時(shí)電價(jià)等激勵(lì)措施的刺激下，電動(dòng)汽車能夠通過(guò)改變充電模式(如無(wú)控充電和智能充電等)實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷在時(shí)間尺度上的變換，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的削峰填谷。 本章首先構(gòu)建電動(dòng)汽車充電樁與電池的數(shù)學(xué)模型。為了構(gòu)建電動(dòng)汽車負(fù)荷群體模型，研究電動(dòng)汽車群體的出行特性，包括出行時(shí)間、出行距離以及車載電池容量特性。針對(duì)電動(dòng)汽車的集中式接入方式，提出一種考慮用戶參與度的電動(dòng)汽車集中式頻率控制策略。在集中控制下，首先根據(jù)電動(dòng)汽車車載電池 SOC 對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)排序，再依據(jù)系統(tǒng)頻率信號(hào)控制電動(dòng)汽車的充放電狀態(tài)，調(diào)整充放電功率，為電力系統(tǒng)提供輔助調(diào)頻服務(wù)。

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2.2 電動(dòng)汽車負(fù)荷單體建模

電動(dòng)汽車電池模型是一個(gè)與電阻相串聯(lián)的可控電壓源。該模型僅僅將 SOC作為電池的狀態(tài)參數(shù)，能夠精確地反映不同類型電動(dòng)汽車電池(鋰離子、鉛酸、鎳金屬氧化物、鎳鎘電池)的充電過(guò)程。 作為電池的狀態(tài)參數(shù)，能夠精確地反映不同類型電動(dòng)汽車電池(鋰離子、鉛酸、鎳金屬氧化物、鎳鎘電池)的充電過(guò)程。

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第三章 電動(dòng)汽車分散式頻率控制策略與調(diào)頻能力評(píng)估方法 .... 21

3.1 引言 ....... 21

3.2 考慮用戶需求的電動(dòng)汽車分散式頻率控制策略 ..... 21

3.3 基于動(dòng)態(tài)分類的電動(dòng)汽車調(diào)頻能力評(píng)估方法 ......... 26

3.4 算例分析 ...... 29

3.5 本章小結(jié) ...... 33

第四章 溫控負(fù)荷與電動(dòng)汽車的集中式協(xié)同頻率控制策略初探 ....... 35

4.1 引言 ....... 35

4.2 溫控負(fù)荷建模 ..... 35

4.3 溫控負(fù)荷集中式頻率控制策略 ..... 37

4.4 溫控負(fù)荷與電動(dòng)汽車協(xié)同頻率控制策略 .......... 38

4.5 算例分析 ...... 39

4.6 本章小結(jié) ...... 42

第五章 結(jié)論與展望 ......... 43