电动汽车大规模接入对城市配网影响Word下载.docx
- 文档编号:1332221
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:48
- 大小:664.52KB
电动汽车大规模接入对城市配网影响Word下载.docx
《电动汽车大规模接入对城市配网影响Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电动汽车大规模接入对城市配网影响Word下载.docx(48页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
姓名
专业
班级
09电力3班
题
目
题目名称
题目性质
1.理工类:
工程设计();
工程技术实验研究型(√);
理论研究型();
计算机软件型();
综合型()
2.文管理类();
3.外语类();
4.艺术类()
题目类型
1.毕业设计(√)2.论文()
题目来源
科研课题()生产实际()自选题目(√)
主
要
内
容
1.电动汽车负荷分类。
2.电动汽车对配电网负荷预测的影响。
3.对于城市电网谐波的影响分析。
4.算例仿真分析。
基
本
求
1、遵守毕业设计期间的纪律,按时答疑;
2、独立完成设计任务,培养基本的科研能力;
3、设计说明书一份(不少于2万字),A0图纸一张;
英文资料翻译不少于3千字;
说明书要求条理清晰、文笔通顺,符合毕业设计撰写规范的要求;
论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准。
参
考
资
料
查阅相关文献资料
周次
第1~4周
第5~8周
第9~12周
第13~16周
第17~18周
应
完
成
的
电动汽车负荷分类
电动汽车对配电网负荷预测的影响
对城市电网谐波的影响分析
算例仿真
分析
撰写论文及答辩
指导教师:
钟嘉庆
职称:
副教授2012年12月30日
系级教学单位审批:
年月日
摘要
能源与环境已成为当前全球最为关注的问题,能源是经济的基础,而环境是制约经济和社会发展的重要因素。
节能和环保促使汽车朝电动汽车方向发展,这也是汽车行业出于自身可持续发展的需要。
本文对电动汽车及相关充电设施发展的特点和现状进行了系统地阐述和分析,并依据电动汽车的充电模式对汽车充电负荷进行分类,分析电动汽车充电负荷的特殊性对城市配电网负荷预测的影响,从而影响充电设施建设和城市配电网的规划。
此外,电动汽车大规模接入配电网的大功率充电机是典型的非线性设备,它使充电站在运行时严重地影响城市配电网的电能质量。
本文主要通过对电动汽车充电机(站)的建模和谐波计算分析其对配电网谐波的影响。
在分析充电机的结构和基本工作原理基础上,建立电动汽车充电机的仿真模型。
运行充电机(站)的仿真模型,通过改变电动汽车充电站仿真模型中各模块的参数,重点研究研究电动汽车充电站谐波特点和对城市配电网谐波的影响。
并以此提供相关谐波处理方案,减小电动汽车大规模接入对城市配电网电能质量的影响,改善供电质量。
关键词:
电动汽车负荷;
负荷预测;
充电机;
谐波;
配电网
Abstract
Energyandtheenvironmenthavebecomethemostcurrentglobalconcernsthatenergyisthebasisofeconomicandenvironmentalconstraintsofeconomicandsocialdevelopmentisanimportantfactor.Promoteenergyconservationandenvironmentalprotectioncartowardsthedirectionofelectricvehicles,whichisthesustainabledevelopmentoftheautomotiveindustryfortheirownneeds.
Thischargingofelectricvehiclesandrelatedinfrastructuredevelopmentcharacteristicsandcurrentsituationofsystematicexpositionandanalysis,andelectricvehiclechargingmodebasedonvehiclechargingloadclassification,analysisoftheparticularityofelectricvehiclechargingloadforecastforurbandistributioneffect,thusaffectingthecharginginfrastructureconstructionandurbandistributionnetworkplanning.
Inaddition,large-scaleelectricvehiclechargingpowerdistributiongridconnectedmachineisatypicalnonlineardevice,whichmakeschargingstationsrunningseriouslyaffectingurbandistributionnetworkpowerquality.Thispapermainlyforelectricvehiclechargingmachine(station)modelingandcomputationalanalysisofitsharmonicdistributionnetworkharmonics.
Inanalyzingthestructureofthechargerandthebasicworkingprinciplebasedontheestablishmentofelectricvehiclechargingmachinesimulationmodel.RunCharger(station)simulationmodelbychangingtheelectricvehiclechargingstationsimulationmodelparametersofeachmodule,focusingonthestudyofelectriccarchargingstationsharmoniccharacteristicsandurbandistributionnetworkharmonics.Andthusprovideharmonictreatmentoptions,reducedaccesstolarge-scaleelectricvehicleforurbandistributionnetworkpowerquality,andimprovingthequalityofpowersupply.
Keywords:
electriccarload;
loadforecasting;
charger;
harmonics;
distributionnetwork
第1章绪论
1.1课题背景
随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向[1]。
电动汽车作为新一代的交通工具,在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。
电动汽车具备接入电网进行电能补给的能力,受到各国政府的广泛关注。
在美国,能源部牵头实施了EVProject计划,通过免费为电动汽车的用户建设家用充电桩来推广电动汽车的使用[2]。
中国在2009年1月,财政部、科技部发布了《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》,提出了“十城千辆”的大规模示范应用计划。
2010年4月,《电动汽车传导式充电接口》、《电动汽车充电站通用要求》、《电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议》和《轻型混合动力电动汽车能耗量试验方法》4项国家标准出台,而国家对包括电动汽车在内的新能源汽车也实施了补贴扶持政策[3]。
目前,电动汽车主要分为插入式混合电动汽车(plug-inhybridelectricvehicle,PHEV)和纯电动汽车(batteryelectricvehicle,BEV)。
随着未来电动汽车的普及,电动汽车大规模接入电网充电,将对电力系统的运行与规划产生不可忽视的影响。
这些影响主要包括:
(1)负荷的增长。
电动汽车充电将导致负荷增长,若大量电动汽车集中在负荷高峰期充电,将进一步加剧电网负荷峰谷差,加重电力系统的负担。
(2)电网运行优化控制难度的增加。
电动汽车用户用车行为和充电时间与空间分布的不确定性,使得电动汽车充电负荷具有较大的随机性,这将加大电网控制的难度。
(3)影响电能质量。
电动汽车充电负荷属于非线性负荷,所使用的电力电子设备将产生一定的谐波,有可能引起电能质量降低问题。
(4)对配电网规划提出新的要求。
在配电网中增加众多充电设施以及大量电动汽车充电,将改变配电网负荷结构和特性,传统的配电网规划准则可能无法适用于电动汽车大规模接入的情景。
另一方面,V2G(Vehicle-to-Grid)技术的发展允许电动汽车向电网送电,给电网的安全经济运行带来一定的机遇。
如何引导或控制数量庞大的电动汽车的充放电行为,产生对电网有利的影响。
1.2国内外研究现状
随着未来电动汽车的普及,电动汽车大规模接入电网充电,将对电力系的运行与规划产生不可忽视的影响。
目前,对于电动汽车接入电网对城市配电网影响的研究可归结为以下几个方面:
(1)研究电动汽车充电负荷特性和负荷需求计算
电动汽车充电负荷研究涉及动力电池的充电特性、电动汽车用户的用车行为、充电方式等多种因素,是研究电动汽车对电网的影响和进行充放电调控的基础。
(2)研究电动汽车接入对城市配电网的影响
电动汽车大规模接入对城市配电网的直接影响是导致负荷的增长。
目前的研究,包括对电动汽车发展的不同场景,分析电动汽车接入对配电网的影响,以及电动汽车充电设施规划和电网规划。
影响电能质量,电动汽车充电负荷属于非线性负荷,所使用的电力电子设备将产生一定的谐波,有可能引起电能质量问题。
(3)电动汽车充电机对配电网的谐波影响
电动汽车的大规模接入对城市配电网的影响是由电动汽车通过充电机充电这个过程体现出来的。
充电机(站)是一种典型的采用电力电子技术的大功率非线性设备,因此电动汽车大规模接入配电网时势必会严重影响配电网的电能质量,尤其是对配电网的谐波污染。
1.2.1电动汽车充电负荷
(1)电动汽车动力电池特性
动力电池作为连接电动汽车和电网的元件,其建模是研究充电负荷的基础。
对动力电池的建模,在研究不同问题时,做一定程度的近似或简化。
基于对电池比能量、效率、比功率等方面的对比得出结论,文献[2]得出结论,锂离子电池具备最佳的综合性能。
文献[4]研究了动力电池的几种常用的电路模型,各种模型在精确性和复杂性上各有优劣。
动力电池一般采用“先恒流、再恒压”的方式进行充电,恒流充电时间相对较长,在此期间电池端电压变化幅度很小。
在分析电动汽车队配网影响时,也有采用恒功率负荷模型。
(2)电动汽车运动规律
国内对于电动汽车运动规律的研究一般结合中国电动汽车发展路线,将电动汽车分为公交车、公务车、出租车和私家车4类。
不同种类电动汽车的用户用车行为和充电行为差别较大。
文献[5]结合中国国内的实际情况对上述4类电动汽车的充电时间进行了调研,采用蒙特卡罗模拟的方法对电动汽车充电负荷分布特性进行了分析。
并概括了中国电动汽车的发展规划,分为2010—2015年(公交车、出租车、公务车示范运营)、2016—2020年(公交车、出租车、公务车规模化发展,少量私家车)、2021—2030年(私家车大规模发展)三个阶段。
文献[6]从充电汽车电池的初始荷电状态(initialstate-of-charge,SOC0)和车辆到达充电站时间的随机分布为出发点,提出2阶段泊松分布的电动汽车充电站集聚模型进行充电站集聚特性的模拟,并提出基于充电站的日充电负荷曲线的电动汽车充电站负荷集聚模型的建模方法。
国外对电动汽车运动规律的研究偏重于研究用户驾驶行为,一般基于用户用车行为来分析用户的电动汽车充电时间和空间分布,并对充电负荷进行统计或预测。
文献[7]采用的方法是利用在用户车上安装的GPS仪器,对76个用户对进行跟踪调查,研究电动汽车用户的驾驶行为,记录每天离家和回家的时间以及行驶的距离数据,提出了一种基于条件概率的预测模型。
(3)电动汽车电能补充方式
目前的电动汽车充电方式主要有充电和换电两种。
国际电工委员会和美国汽车工程师学会等组织也制定了IEC62196标准,包括4种充电模式,并在进一步地完善[8]。
中国于2011年12月发布了电动汽车充电接口和通信协议4项国家标准,规定了通过传导方式充电的标准充电电压和电流。
2011年1月国家电网公司确定了“换电为主,插充为辅,集中充电,统一配送”的电动汽车服务网络发展策略,推出充电设施标准[3]。
1.2.2电动汽车接入对城市配电网的影响
(1)电动汽车接入对电源建设的影响
电动汽车大规模接入对电力系统的直接影响是导致负荷的增长,因此电源容量是否能满足电动汽车大规模发展的必须得到保障。
文献[9]分情景集研究电动汽车在不同充电方式(无序、家庭充电、谷荷充电、双向V2G)下对电网不同类型新增装机的影响。
通过仿真发现,新增装机与电动汽车的充电方式直接相关,在双向V2G模式下,需要新增装机最小。
(2)电动汽车接入对配电网的影响
电动汽车充电不仅会影响配电网的负荷平衡,而且会给配电网带来其它问题。
电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区的负荷紧张;
电动汽车充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。
文献[10]描述了电动汽车充电负荷较常规负荷具有时空随机性强的特点,给配电网运行带来了更多的不确定性。
文献[11]利用蓄电池充电特性建立了电动汽车的随机充电模型,在确定充电电动车数量的前提下假设一定区间内电动汽车在充电数量和充电时间均服从正态分布,这样就得到电网负荷曲线的调节曲线。
分析得在电网用电高峰时对电动汽车蓄电池充电,不但不能对电网负荷起负荷调整作用,反而增加电网负荷,对电网造成不利影响。
另外,电动汽车对配电网的电能质量和经济性也会带来影响。
电动汽车的接入对配电网电能质量的主要影响包括电压下降,谐波污染和三相不平衡;
在配网经济运行方面,主要是电动汽车接入后对配电网网损和配电变压器寿命的影响[1]。
如图1-1所示:
图1-1电动汽车接入对配网的影响
(3)电动汽车充电设施规划
电动汽车充电设施的规划,需要充分考虑电动汽车充电负荷的时间和空间分布,权衡电网投资的经济性和电网运行的安全性。
另外,未来大量充电设施如交流充电桩、充电站与换电池站布点规划的过程中,应综合考虑电动汽车车主驾驶行为、充电行为以及交通信息与现有配电网信息,实现充电设施在电网中的合理分布。
文献[12]指出电动汽车充电站布局包括“需求”和“可能性”2个因素,衡量充电站需求的主要指标是交通量与服务半径2个要素,决定可能性与否关键在于交通、环保及区域配电能力等外部环境条件与该地区的建设规划和路网规划,并且充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现以及电动汽车的发展趋势。
文献[13]提出了以投资和运行成本最小为目标,在满足电动汽车用户充电需求的前提下,协调配电网扩展规划与充电站布局的方法。
文献[14]还指出充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现状以及电动汽车的发展趋势。
换电站充电为电力系统的重要储能环节,与新能源发电相结合。
文献[15]建立了电动汽车–风电协同调度的优化模型,以中国区域电网为例,分析了调度电动汽车充电以平滑电网等效负荷波动、消纳夜间过剩风电的可行性。
(4)电动汽车有序充电
有序充电指电动汽车以可控负荷的形式参与电网调控,其作为有效规避电动汽车大规模充电对电网造成负面影响的重要手段受到了广泛关注。
电动汽车有序充电控制根据电网的运行状态,一般以经济性最优或对电网的影响最小为目标,综合考虑电池性能约束与用户充电需求,协调电动汽车充电过程,控制的手段为充电时间和充电功率的大小[1]。
文献[16]基于已有配电网络和常规用电约束,优化电动汽车大规模接入情况下的充电功率,使之能最大限度地利用已有配电网,提高配网运行的经济性。
文献[17]以使网损和充电成本最小为目标,基于网损灵敏度选择优先充电的电动汽车,提出了电动汽车实时有序充电控制策略,该策略可有效降低配电网的网损,并改善配电网的节点电压波形。
并建立了基于二次规划和动态规划2种方法的有序充电模型来评估多情景下电动汽车充电对配电网的影响。
文中考虑了负荷预测的误差,比较了在无电动汽车接入、电动汽车无序充电和有序充电3种情景下配电网网损的大小。
仿真结果表明,电动汽车无序充电时配电网网损增加显著,有序充电时网损则增加很小。
1.2.3电动汽车充电机对配电网的谐波影响
(1)充电机的谐波影响研究
国内很多研究人员通过建模和仿真研究充电站对电网造成谐波污染的问题。
文献[18]在Matlab/Simulink平台上搭建充电机(站)的仿真模型,通过实测和理论验证研究影响充电机(站)谐波大小的因素。
文献[19]利用商用电动汽车充电机收集的数据对谐波电流进行计算,再利用概率统计学大数定律和中心极限定理,建立多谐波源谐波分析数学模型,研究多个电动汽车充电机产生的谐波电流及其概率特性。
文献[20]介绍了产生谐波污染的原因,并指出谐波污染会使测量仪表不准确、易损坏大容量电容器、使电力导线过热以及使保护装置误报警等,该文同时提出使用新式充电设备,并在电力系统中使用滤波器,协调每个充电站充电器数量,解决谐波污染问题。
(2)谐波治理
针对充电设备带来的谐波污染等问题,可以总结出以下对策:
(1)贯彻执行与谐波相关的国家标准,从总体上控制供电系统谐波水平。
(2)增加换流装置的相数,换流装置是主要的谐波源之一,当脉动数由6增加到12时,可以大大降低谐波电流有效值。
(3)增装无功补偿装置,提高系统承受谐波的能力。
(4)加装滤波装置。
对谐波污染可采用就地治理的办法,在充电站(机)就地完成谐波治理工作,未来的充电站建设可能越来越多地应用绿色充电机(充电过程中能够有效抑制谐波且功率因数较高的充电机)治理谐波。
武汉电动汽车示范运营公司建成的绿色充电系统采用集中充电方式,充电模块主要由功率因素校正(powerfactorcorrection,PFC)、直流转直流(DC/DC)2大功能电路组成,该系统采用电流平均值控制法,采用较高功率因数的Boost单相功率因数校正电路,使功率更大,使功率因数大于0.92,使谐波畸变率小于5%。
1.3论文主要研究内容
此次研究的基本内容有:
(1)电动汽车负荷分类
目前电动汽车的充电方式主要为三种:
快速充电、漫速充电、地面充电系统(直接更换电池组);
因而将电动汽车负荷分为三类:
基荷、可控负荷和双向功率传输部分。
我将采用这三种负荷类型确定电动汽车的整体负荷模型作为分析电动汽车接入对于城市配电网的影响分析的基础。
(2)电动汽车大规模接入对配电网负荷预测的影响
电动汽车大规模接入后会导致电网负荷侧新增大量用电设备,而这些用电设备又存在较大的随机性,会给传统负荷预测增加了新的不确定因素,因而需对传统负荷预测需要坐出相应的调整,进行相对较为准确的配电网负荷预测,对以后的城市配电网规划建设提供指导。
(3)建立电动汽车充电机仿真模型
根据充电机的结构和基本工作原理,对其进行简化处理后,建立充电机等效模型,然后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并以一定的参数运行验证仿真模型在工程计算中的正确性。
(4)电动汽车充电站谐波仿真与分析
根据所建立的电动汽车充电机的仿真模型,运行充电机(站)的仿真模型,通过改变电动汽车充电站仿真模型中各模块的参数,研究电动汽车充电站谐波特点和对城市配电网谐波的影响。
第2章电动汽车负荷分类
电动汽车大规模使用,充电负荷接入电网,将对城市配电网的规划、运行以及电力市场的运营产生深刻影响。
由于受诸多因素影响,充电负荷具有复杂特性。
就单一车辆而言,它主要由用户出行需求决定,同时受到用户使用习惯、设备特性等因素的影响。
就区域城市配电网而言,它还受到电动汽车数量规模、充电设施完善程度的影响。
2.1电动汽车充电模式
电动汽车的充电模式主要有三种:
常规快速充电、常规慢速充电、地面充电系统(快速更换电池)。
其中,常规快速充电系统需要在专用的电动汽车充电站进行,而专用电动汽车充电站投资大、充电功率大、对周围电网有一定的影响,所以电动汽车充电站需要统一规划建设。
常规慢速充电系统则相对普遍,既可以是家用也可以是停车场等公共场所。
地面充电系统充电站初期投资较大,只适合于对电力需求较高、型号相同、使用较频繁的公共交通汽车。
常规慢速充电一般采用小电流的恒压或恒流充电,一般充电时间为5至8小时,甚至长达10至20小时。
这种充电方式的特点:
适合于夜间负荷低谷进行、参与数量较大、管理较为简洁方便。
常规快速充电又称应急充电,类似于现行的汽车加油站,一般充电时间为20分钟到2个小时之间,随着充电技术的发展,这个时间会越来越短。
特点:
建设投资大、需要规划建设、管理较方便、可参与电网调度。
地面充电系统(直接更换电池),可以直接卸下己经耗尽的电池,更换己经充满电的电池,极大地提高汽车利用效率。
建设投资巨大、管理非常复杂、适宜电池规格统一的车辆、部分时间可参与电网调度。
表2-1电动汽车充电模式特点分析
充电模式
充电时间
车辆利用率
调度可靠性
调度规模
管理
初期投资成本
快速充电
20min~2h
较高
高
大
方便
慢速充电
5h~20h
一般
中
非常大
非常方便
地面充电
/5h~20h
小
复杂
2.2影响充电负荷的因素
电动汽车对电力系统的影响主要通过充电负荷实现,充电负荷集中反映了电动汽车对电力系统的影响;
同时,这种影响的结果很大程度上取决于充电负荷的特征。
充电负荷性质复杂,主要取决于以下因素:
(1)出行需求:
主要指用户的行驶里程、出行时间、出行频率与出行目的等。
它们决定了用户的充电时间、需求电能以及获得充电服务的情况。
(2)使用习惯:
反映了用户的充电偏好,使用习惯的差异会使充电负荷呈现出一定的分散性。
(3)电池特性:
包括电池容量、充放电速率和充放电曲线等,决定了实际的充放电功率及充电负荷
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电动汽车 大规模 接入 城市 影响