居民区电动汽车有序充电策略及其对配电网的影响研究

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随着社会经济的发展,能源紧缺和环境恶化这两大问题显得越来越突出。传统的燃油汽车作为石油资源的重要用途,已不能满足可持续发展要求。随着电动汽车产业的不断扩大,大量的电动汽车同时接入电网充电,无疑是给电网增加大量负荷。电动汽车充电的主要场所是在居民区,而很多老旧居民区在当初设计变压器容量时并没有规划这部分新增负荷,所以可能出现接入充电负荷后变压器容量不足的情况,影响电网的安全稳定。因此,本文研究居民区电动汽车的有序充电策略,有着重要的意义。本文详细介绍了现阶段电动汽车常用的充电方式及其优缺点,分析了电池的充电特性。利用美国交通部对全美家用汽车的调查统计数据,对出行时间、返回时间、日行驶里程、温度与耗电量的关系拟合,得到充电负荷数学模型。采用蒙特卡洛法对居民区电动汽车无序充电仿真。仿真结果表明,充电负荷在原负荷的基础上形成“峰上加峰”现象,而谷时段有大量的剩余容量,负荷峰谷差过大,峰时段负荷超过了居民区变压器的容量,且电动汽车比例越大,峰值越大。本文提出了一种基于熵权法和TOPSIS算法的有序充电策略,设定充电费用、松弛时间、等待时间、剩余电量、日行驶里程为五个排序的评价指标,运用熵权法对五个指标赋予动态变化的权重,对负荷标准差、充电费用、充电完成率、等待时间这四个优化目标进行多目标的折中优化。分别在全时段、平谷时段、谷时段进行了三组实验,谷时段负荷标准差和充电费用最好。通过对比实验验证了熵权法在所提策略中的作用,将谷时段的充电策略增加电动汽车向电网放电(V2G)模式,通过仿真实验表明增加V2G之后,负荷的标准差进一步降低,充电费用进一步减少。本文研究了无序充电和基于熵权法和TOPSIS算法的有序充电对配电网的影响。通过牛顿拉夫逊法进行潮流计算,研究原始负荷对配电网IEEE33节点系统影响、有序充电负荷和无序充电负荷分别接入不同节点对配电网影响、有序和无序充电负荷接入多节点对配电网影响、有序和无序充电负荷在不同的电动汽车保有量下对配电网影响。仿真结果表明,负荷最高峰时无序充电负荷分别接入各节点,有10个节点会超过允许的最大电压偏移,有序充电均未超限。无序充电负荷同时接入2个或3个节点时分别做了10组实验,发现各节点电压均超过允许的电压偏移;而有序充电负荷接入时分别只有1组和2组超限。充电负荷接入3节点时,无序充电策略下电动汽车比例超过11%时超过最大电压偏移,有序充电策略下电动汽车比例超过33%时即超过最大电压偏移。基于熵权法和TOPSIS算法的有序充电策略可显著减少电动汽车充电对配电网的影响。
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