电动汽车(Electric vehicle,EV)目前被广泛视作改变交通领域能源结构,节能减排和推动低碳化社会发展的重要手段。随着电动汽车的普及和数量的快速增加,大量电动汽车经电力电子设备接入城市电网已经成为必然趋势。规模化的电动汽车通过V2G技术接入城市电网将会对其稳定运行带来影响,同时大量停驶的电动汽车为城市电网电压和频率调节、供电可靠性提高等辅助服务也成为一种可能。目前规模化电动汽车接入城市电网的交互稳定性问题以及为城市电网提供辅助服务都备受关注。基于此,本文围绕规模化电动汽车接入城市电网的交互稳定性建模分析和参与城市电网辅助服务两个方面开展研究,论文的主要工作有:(1)针对小区级单相电动汽车充电桩,建立了电动汽车与电网交互稳定性分析模型,并采用基于阻抗比的稳定性判据分析了交互稳定性的影响因素。当电动汽车运行于充电状态时,电网侧为电源子系统,由理想电压源和输出阻抗构成,负载子系统由电动汽车和充电桩共同组成;当电动汽车运行于放电状态时,电动汽车与充电桩共同组成电源子系统,电动汽车在控制器控制下向电网注入电流。通过电动汽车充电桩的闭环控制回路推导得到电动汽车与电网接口处的等效输出阻抗,电网侧等效阻抗则由网侧线路和变压器的阻抗构成。在此基础上,采用基于阻抗比的稳定性判据进行分析,研究了电动汽车数量、接入位置、充电策略、滤波参数、控制参数和运行模式等因素对交互稳定性的影响。(2)针对城市快速充电站的三相充电桩,建立了电动汽车与电网交互稳定性分析模型,提出了适用于多输入多输出系统的改进禁止区域稳定性判据。首先论文从快速充电桩的电流控制环出发,在旋转坐标系下建立了快速充电桩和电网的多输入多输出动态模型,分别获得了快速充电站侧的输入导纳矩阵和电网侧的输出阻抗矩阵。其次在现有禁止区域稳定性判据基础上,提出了适用于对称多输入多输出系统的改进禁止区域稳定性判据。最后基于该稳定性判据分析了电动汽车快速充电站与城市电网动态交互稳定情况及影响因素。(3)针对电动汽车V2G参与城市电网电压和频率调节这一问题,本文提出了一种电动汽车同时参与电压和频率调节的统一控制策略。针对传统电压频率调节中采用的有功-频率和无功-电压调节关系,结合城市电网线路电阻和电抗的比值较大的特点,统一采用有功功率进行调节。首先根据电动汽车车主出行需求和SOC状态获得电动汽车充电功率需求,然后建立了电动汽车参与电压和频率调节的功率与容量模型,最后根据电网侧电压和频率调节的功率需求对电动汽车的充放电功率进行分配。仿真分析表明所提策略能够在不影响车主出行需求的前提下充分调动电动汽车参与城市电网电压和频率调节。(4)针对电动汽车V2G提供电能以提高城市电网供电可靠性这一问题,研究了一种考虑电动汽车供电路径和供电范围的城市电网可靠性评估方法。该方法考虑了开断设备的可靠动作概率、故障后负荷成功转移至备用电源的概率,并考虑多重故障的发生,引入可靠性指标的期望值,通过可靠性指标在主网络和支网络之间顺流传递和逆流归并计算网络中各节点的可靠性指标。在此基础上,根据电动汽车的供电路径和供电范围对城市电网中各节点的可靠性指标的进行修正。仿真表明电动汽车V2G对于提高城市电网供电可靠性具有显著效果。综上所述,本文形成了规模化电动汽车接入城市电网的交互稳定性和参与辅助服务的理论研究体系,包括电动汽车接入城市电网的交互稳定性分析、电动汽车参与城市电网电压和频率调节的统一控制策略、考虑电动汽车供电路径和供电范围的城市电网供电可靠性评估方法,可为未来规模化电动汽车接入城市电网及参与城市电网辅助服务的关键问题研究提供理论支撑和解决方案。