摘 要

随着化石能源的快速消耗，使得全球的资源持续减少，并且加剧了全球变暖。将分布式发电和供电系统以微电网的形式接入到大型系统中，可以减少化石能源的消耗，从而保护环境。随着交通的电气化，未来的电动汽车可以作为一种移动式的储能设备。所以，研究含电动汽车的微电网能量优化具有重要意义。

本文首先分析了微电网中常用的分布式电源的工作原理以及运行特性。利用已知电动汽车的行驶特性以及微电网向电动汽车实施的充放电策略，通过蒙特卡罗模拟方法建立了电动汽车在无序充电和有序充放电两种情况下的负荷模型。

接着建立了考虑电动汽车的充放电策略的微电网能量优化调度模型，以经济调度为主。建立了以微电网的运行成本与总的污染治理成本的加权相加为单目标优化函数以及两者最小值为多目标优化函数，并写出约束条件，包括等式约束以及不等式约束条件。在此基础上，采用GAMS软件进行最优求解。

最后构建了一个含电动汽车的算例模型背景，给出负荷数据以及各参数的数据。制定了2种不同的运行策略。接着采用GAMS软件对算例进行在不同运行策略、不同权重系数以及不同优化目标下的调度方案的求解，并对此进行分析对比。

进行仿真后表明当电动汽车以无序充电形式接入微电网，则会导致峰上加峰，峰谷差加大，加重微电网的负担。而当电动汽车根据分时电价以有序充放电形式接入微电网时，则会形成削峰填谷的作用，减轻微电网负担的同时，还会减少车主的用电成本。

关键词：微电网；电动汽车；能量优化；有序充放电；无序充电

Optimal energy scheduling of micro grid considering charging and discharging strategies of electric vehicles

Abstract

With the rapid consumption of fossil energy, global resources continue to decrease, and contribute to global warming. Integrating distributed generation and power supply systems into large-scale systems in the form of microgrids can reduce the consumption of fossil energy and thus protect the environment. With the electrification of transportation, future electric vehicles can be used as a mobile energy storage device. Therefore, it is important to study the optimum use of the power of small networks that contain electric vehicles.

This paper first analyses the working principles and operating characteristics of distributed electricity that are common to small networks. Use of mobile properties of known electric cars and strategies for charging electricity using micro-grids, the load model of electric vehicles in the case of unordered charging and orderly charging and discharging is established by monte carlo simulation method.

Then a micro grid energy optimal scheduling model considering charging and discharging strategies of electric vehicles is established, which is dominated by economic scheduling. The weighted sum of the operation cost and the total pollution control cost of the microgrid is a single objective optimization function and the minimum of the two is a multi-objective optimization function. On this basis, GAMS software is adopted for optimal solution.

Finally, an example model of electric vehicle is constructed, and load data and parameters are given. Two operation strategies of micro grid with electric vehicle are developed. Moreover, GAMS software is adopted to solve the scheduling schemes under different operation strategies, different weight coefficients and different optimization objectives, and to analyze and compare them.

The simulation results show that when the EV is connected to the micro grid in the form of unordered charging, the peak will be added to the peak, and the peak valley difference will be increased, which will increase the burden of the micro grid. When the electric vehicle is connected to the micro grid in the form of orderly charging and discharging according to the time-sharing electricity price, the peak load and valley filling function will be formed, which will not only reduce the burden of the micro grid, but also reduce the electricity cost of the owner.

Keywords: Micro grid； Electric Vehicle； Energy optimization； Orderly charge and discharge; Disordered charge

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3论文的主要内容及章节安排 4

第二章 微电网分布式电源及电动汽车负荷建模 5

2.1分布式电源 5

2.1.1 分布式电源概述 5

2.1.2 光伏发电 5

2.1.3 风力发电 5

2.1.4 柴油发电机 7

2.2 电动汽车负荷建模 7

2.2.1 电动汽车行驶特性分析 7

2.2.2 电动汽车无序充放电模型 11

2.2.3 电动汽车有序充放电模型 13

2.3 本章小结 16

第三章 含电动汽车的微电网能量优化调度 17

3.1微电网能量优化调度概述 17

3.2微电网能量优化调度建模 17

3.2.1目标函数 17

3.2.3约束条件 19

3.3本章小结 19

第四章 考虑电动汽车的微电网能量优化调度算例分析 20

4.1算例模型背景 20

4.2微电网能量优化调度策略 23

4.3算例分析 24

4.3.1不同策略下的调度方案及分析 24

4.3.2 不同权重系数下微电网优化调度对比 26

4.3.3 微电网系统多目标函数能量优化调度对比分析 27

4.4本章小结 29

第五章 结论与展望 30

5.1 结论 30

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

随着化石能源的快速消耗，使得全球的资源持续减少，并且加剧了全球变暖。为了使各地的清洁能源能够充分的利用起来以及推动电动汽车（Electric vehicle，EV）的发展，2012年6月国家发布了《节能和新能源汽车发展产业规划（2012-2020）》。并且将分布式发电以微电网的形式接入到大系统中运行，这样就能实现减少化石能源的消耗，保护环境。并通过合理的调度，利用电动汽车，采用V2G技术可以实现调峰、调频以及电压控制，增强对间歇性的分布式发电单元的电能利用，维持电力系统安全稳定运行。但由于电动汽车的充电性行为具有随机性，从而会导致微电网的优化调度更为复杂。因此，分析电动汽车接入微电网，对微电网的调度方案以及对电动汽车的用户经济性带来的影响具有重要意义。这将使智能电网技术进一步发展，使不断扩大的电动汽车规模不再是电网的负荷压力，这将有利于辅助电网的安全经济运行。

微电网（Micro-Grid，MG）可以作为一个小型且完整的电力系统。其基本的构成包括分布式电源(Distributed Generation，DG)、负荷、储能装置等单元。微电网的灵活控制方式满足了现代发展智能电网的这一要求，能够有效地将供给侧与需求侧连接起来，使双方都能够参与电力系统的优化运行，这也使得传统电网下向智能电网的过渡^[1]。

电动汽车可以理解为移动的储能单元，当用户需要电动汽车用于出行时，电动汽车接入微电网中进行充电，电动汽车的充电负荷与普通负荷特性一致，而当电动汽车处于停泊状态时，电动汽车可将多余的能量通过充电桩返还给电力系统，此时电动汽车可视作电源，这就是V2G技术^[2]。V2G系统示意图如图1-1所示。

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