浅析电动汽车在电力系统中的应用及影响专业电气工程及其自动化_开题报告

（1）电动汽车简介

纯电动汽车（简称电动车）是指主要以电池为动力源，全部或部分由电动机驱动，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品，是与燃油汽车相对应的。电动汽车是以电源为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电池的电能转化为机械能,通过传动装置或者直接驱动车轮和工作装置。电动汽车的优点是零排放、零污染,燃料来源方便,动力性良好等。

（2）电动汽车的发展及趋势

纯电动汽车辆最早出现在英国，1834年Thomas Dwenport在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车，此车的出现比世界上第一部内燃机型的汽车早半个世纪。电动汽车在20世纪20年代达到鼎盛时期，然而在燃油汽车出现后，纯电动汽车无论在整车质量、动力性能、行驶里程、机动性和灵活性方面越来越落后于燃油汽车。但在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家的污染法规渐趋严格，因此对低污染车辆的需求势必增加。随着化石能源的需求量和消耗量日益增大，世界各国都面临着严峻的能源短缺和环境污染的双重难题。以电能作为主要驱动力的电动汽车具有尾气“零排放”，能源来源多样化等优势，是解决能源危机和环境污染的有效措施，得到了世界各国的广泛关注，是未来汽车工业的发展方向。随着各种高性能蓄电池和高效率电动机的不断出现，人们又把目光转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。

从20世纪70年代起，新一代纯电动汽车得到逐步发展。相比传统燃油汽车由于电动汽车续航里程短、充电时间持长、配套设施不够完善等缺点，纯电动汽车并没有得到大幅度推广。随着这几年各国对锂电池行业政策支持，投入了大量财力、物力，锂电池行业得到大力发展，锂电池制备技术不断的进步，电动汽车在续航、充电速度、配套设施方面均得到了一定的提升。因此也涌现了各种高性能的纯电动汽车。从国外目前主流车企推出的电动车型来看，虽然续航里程相比燃油车仍有一定差距，但是电池容量和续航里程均显著高于国内的竞争对手，普遍达到30KWh以上的电池容量以及300km以上的续航里程。尤其是特斯拉，旗下已经发布的Model S和Model X 100D版本续航里程均已超过500km，基本可以满足市际交通需求。

（3）电动汽车接入对电网运行的影响研究现状

大量电动汽车接入将给电网运行带来很大影响，国内外的科研人员对电动汽车接入带来的影响做了大量的研究和探索。

3.1国外研究现状

在国外，电动汽车接入对电网运行的影响研究主要集中在以下几方面：

电动汽车充电对输电网络的影响，研究现有和规划的发电容量能否满足电动汽车充电造成的负荷增长需求。Hadley S W，Tsvetkova A基于美国能源部橡树岭实验室的竞争性调度模型，研究了由北美可靠性委员会（North American Reliability Council，NARC）和美国能源部的能源信息管理机构制定的13个区域2020年和2030年PHEV在电力需求、供应、电源结构、电价以及相应的排放情况等方面的潜在影响，对每个区域的2020年和2030年7种不同的场景进行分析，得出每个区域为了应对电动汽车充电带来的电力需求，都需要进行额外的电源建设或者应用需求响应；Jason W，Lincoln P基于上述场景对加州电力市场进行研究，得出电力负荷在高、低电动汽车增长方案下将分别增长2%和8%；Steven L研究了美国佛蒙特州在最优充电模式、夜间充电模式和1 d内2次充电模式等3种场景下电动汽车充电对电力负荷的影响；Meyers M.K，Schneider K，Pratt R研究了美国电网对电动汽车充电的承受能力，分为24 h均可充电和12 h可充电2个场景，结果表明美国现有电网最多能够承受73%的电动汽车负荷需求；美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）根据不同插入式电动汽车发展场景研究了电动汽车负荷对6个区域电网的影响，通过模型分析表明不进行额外电力基础设施建设，这6个区域电网可以支撑50%的电动汽车充电，引起5%~10%的电能需求增加。

电动汽车充电对配电网的影响，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。Taylor J，Maitra A，Alexander M等人针对配电网过负荷问题建立了通用研究框架，从确定性和随机性2个方面细致分析了电动汽车充电对配网负荷平衡、电压调节、三相平衡的影响，提出了系统影响分析框架。

电动汽车充放电对经济调度的影响。Saber A Y，Venayagamoorthy G K研究了电动汽车充放电过程对经济调度的影响，建立了可以容纳有V2G功能电动汽车的优化调度模型，使用离散型二进制粒子群算法对含电动汽车的电力系统机组组合的数学模型进行研究，但没有计及潮流约束。

3.2国内研究现状

在国内，电动汽车接入对电网运行的影响研究也较多：

电动汽车充放电对负荷曲线的影响[3-4]。文献[3]建立了电动车参与负荷平抑的数学模型，以负荷曲线的均方差最小为目标函数，在考虑电动车充放电功率及可用容量等约束条件的前提下，应用基于子向量的改进粒子群算法求解。文献[26]研究了电动汽车三种充放电方式对深圳电网日负荷曲线的影响。

电动汽车充放电对经济调度的影响[5-9]。文献[5]构建了计及电动汽车和风电机组不确定性的随机经济调度模型，文献[6]研究了电动汽车充电的负荷特性以及不同充电方式对电网的影响，在此基础上建立了多时间尺度的电动汽车-风电协同调度数学模型。文献[7]构造了一个可以同时计及具有V2G功能的电动汽车、风电和光伏发电系统出力不确定性的电力系统协同调度模型，以平抑可再生能源在一天中的出力波动。文献[8]研究了计及可入网电动汽车的电力系统机组最优组合问题。文献[9]研究了计及可入网电动汽车和网络安全约束的电力系统机组组合问题。

电动汽车充电站对谐波的影响[10-13]。文献[10]建立了纯电动公交充电站谐波电流污染供电网和用电设备问题的仿真模型。文献[11]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，研究多台电动汽车充电机同时工作产生的谐波电流及其概率特性。文献[12]介绍产生谐波污染的原因，并指出谐波污染的危害。

综上所述，从国内外研究的现状可以看出，电力汽车对电力系统的影响研究已经取得了很大的发展，而且研究方法也多种多样，各种优化算法与电动汽车优化问题的结合应用越来越多。

二、^范文提纲

摘  要

1课题研究背景和意义

1.1 电动汽车发展现状

1.1.1 国内电动汽车发展现状

1.1.2 国外电动汽车发展现状

1.2.3 电动汽车充电站发展现状

1.3 电动汽车接入对电网运行的影响研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4 本文主要的研究工作

2电动汽车接入对电力系统机组组合的影响

2.1 含电动汽车的电力系统机组组合数学模型

2.1.1 目标函数

2.1.2约束条件

2.2 含电动汽车的电力系统机组组合数学模型的求解策略

2.2.1 粒子群优化算法基本原理

2.2.2 粒子群算法流程

2.2.3 改进粒子群算法

2.2.4 电力系统机组组合的控制策略

2.2.5 含电动汽车的机组组合模型的算法步骤

2.3 算例仿真分析

2.3.1 仿真算例参数

2.3.2仿真结果

2.3.3 结果分析

2.4 本章小结

3电动汽车充电站接入对电网的谐波影响

3.1 谐波对电力系统的影响

3.2 电动汽车接入对电网的谐波影响理论分析

3.2.1 谐波分析

3.2.2 电动汽车充电机谐波理论分析

3.2.3 电动汽车充电站谐波理论分析

3.3 充电站仿真分析

3.3.1 仿真软件选择

3.3.2 单台充电机仿真模型

3.3.3 单台充电机谐波仿真结果分析

3.3.4充电站仿真模型

3.3.5 充电站谐波仿真结果分析

3.4充电站谐波抑制措施

3.5 本章小结

4总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

三、参考文献

[1]Hadley S W，Tsvetkova A. Potential impacts of plug-in hybrid electric vehicles on regional power generation[R]. Tennessee：Oak Rige National Laboratory，2008.

[2]Saber A Y，Venayagamoorthy G K. Intelligent unit commitment with vehicle-to-grid：a cost-emission optimization[J].Journals of Power Sources，2010，195（1）.

[3]韩海英，何敬涵，王小君等.基于改进粒子群算法的电动车参与负荷平抑策略[J].电网技术，2011，35（10）.

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[5]赵俊华，文福拴，薛禹胜等.计及电动汽车和风电出力不确定性的随机经济调度[J].电力系统自动化，2010，34（20）.

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[8]陆凌蓉，文福拴，薛禹胜，辛建波等.计及可入网电动汽车的电力系统机组最优组合[J].电力系统自动化，2011，35（21）.

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[10]牛利勇，姜久春，张维戈.纯电动公交充电站谐波分析的模型方法[J].高技术通讯，2008，18（9）.

[11]卢艳霞，张秀敏，蒲孝文.电动汽车充电站谐波分析[J].电力系统及其自动化学报，2006，18（3）.

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