电动汽车充放电行为建模及V2G研究-学位论文-王晓涵

电动汽车充放电行为建模及V2G研究王晓涵二○一四年六月硕士学位论文硕士王晓涵电动汽车充放电行为建模及V2G研究20142005分类号TP391.9密级公开UDC硕士学位论文电动汽车充放电行为建模及V2G研究王晓涵学科专业检测技术与自动化装置指导教师宋绍剑教授论文答辩日期2014.5.27学位授予日期答辩委员会主席林小峰教授广西大学学位论文原创性和使用授权声明本人声明所呈交的论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西大学。本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用授权。□√不保密。(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名：王晓涵日期：2014.6.20指导教师签名：宋绍剑日期：2014.6.20作者联系电话：[phone]电子邮箱：@163.comI电动汽车充放电行为建模及V2G研究摘要随着汽车保有量的逐年增加，汽车尾气的大量排放已逐渐成为造成大气污染的重要原因之一，而雾霾等恶劣天气的频频发生，使得人们对环境问题日益关注，同时随着石油等不可再生能源的日益消耗，电动汽车因其所具有的使用清洁能源、尾气零排放等优点受到广泛关注，电动汽车的大规模普及应用也将成为今后发展的必然趋势。大量电动汽车因充电需要而接入电网可能会导致因波峰时间集中充电而造成峰值叠加等情况的发生，同时电动汽车电池也可看作移动的储能单元，在其闲置时如何对其进行有效利用，如何对电动汽车的充电行为进行引导，也成为电动汽车规模化普及中需要解决的重要问题。本文以电动汽车大规模使用为前提，研究电动汽车充放电行为对电网负荷的影响及电动汽车电池作为储能单元将能量传递给电网时对电能质量的影响。本文首先介绍了课题的来源及意义，现有的电动汽车充放电行为的建模方法及电动汽车到电网(V2G，vehicletogrid)的建模方法；其次使用蒙特卡洛方法对电动汽车的充放电行为进行建模，在不受控充电、受控充电、受控充放电（V2G）三种模式下进行建模仿真，获得电动汽车以不同的充放电模式接入电网后电网日负荷曲线的变化；再次，在MATLAB/SIMULINK环境下搭建电动汽车接入电网后可实现双向电能转换的V2G系统模型，制定了相应的控制策略，根据仿真结果分析电池放电给电网时，输出电流、电压谐波及输出功率等的变化以及不同大小的放电电流对电网谐波的影响。最后，在电动汽车及双向电能转换平台上进行仿真实验，研究电动汽II车在逆变上网时，在使用不同大小电流进行放电的情况下，对电网谐波的影响。电动汽车在三种充放电模式下的充放电行为仿真结果显示：不受控模式下将会造成电网波峰叠加，增加电网负荷压力；受控充电模式下在夜间充电，电动汽车接入对电网波峰没有影响；V2G模式可实现对电网的“削峰填谷”，有效利用夜间电网波谷时间进行充电，而在高峰时间放电给电网，有效减小电网峰谷差。根据在MATLAB/SIMULINK环境下搭建的电动汽车充放电模型的仿真结果，在电动汽车接入电网后，电池逆变输出接入电网的电流和电压均出现谐波，直接影响电网电能质量。在实验平台上进行的电池逆变上网实验的结果显示，电池组逆变上网时会产生谐波，并对谐波产生的原因进行分析。关键字：电动汽车V2G蒙特卡洛方法电网电能质量IIIMODELINGOFCHARGINGANDDISCHARGINGBEHAVIOROFELECTRICVEHICLESANDSTUDYONV2GABSTRACTWiththeincreaseofvehiclepopulation,alargenumberofexhaustemissionbecomesoneoftheimportantcausesofairpollution,asaresult,thehazeweatheroccursmorefrequently,itmakespeoplepaymoreattentiontoenvironmentissues.Atthesametime,whenthepetroleum,thefossilenergyisconsumedheavilyeveryday,theadvantageofelectricvehicle,suchasitusesthecleanenergywithoutexhaust,hasbeenwidelynoticed.Thelargeapplicationofelectricvehicleshasalreadybecomeainexorabletrend.Largeamountofelectricvehicleswillbringseveralproblemswhentheyarecharging,andalso,electricvehiclescanbetreatedasthepowerstoragesthatcanbemovedanytime.Iftheycanbeusedinaproperway,thepopularityofelectricvehicleswillbecomingsoon.Inthispaper,wesupposethatelectricvehiclesarelargelyusedinoursociety,andthentheimpactonthepowergridwhiletheyarechargingornotisresearchedaswellastheimpactonpowerqualityofthegridwhentheyaretreatedasmovedpowerstorages.Firstly,inthispaper,theoriginandsignificanceofthissubject,thedevelopmentofelectricvehicles,themodelingmethodsoftheirchargeanddischargecharacteristicsandthemodelofV2Garediscussed.Secondly,themodelingofcharge/dischargecharacteristicsofelectricvehiclesispresentedandsimulatedinthispaperusingMonteCarlomethodunderthreeconditions:notIVcontrolledcharging,controlledchargingandV2G.Afterthat,theimpactonthedailyloadcurveofthegridunderthreeconditionsmentionedbeforeisgot.Thirdly,underSIMULINKcondition,theV2Gsystemmodelwhichcantransmitpowertobothsideswhileelectricvehiclesconnectingthegridisbuilt,andthecorrespondingcontrolmethodispresented.Lastly,theexperimentisperformedontheelectricvehicleplatform.Theinfluenceonthegridharmonicisanalyzedwhenelectricvehicleinvertthepowertothegridunderdifferentcurrentconditions.Thesimulationresultsofcharging/dischargingbehaviorofvehiclesshowthat:firstly,vehicles’participationwillenlargethedifferencebetweenpeakandvalleyundertheuncontrolledmodel;secondly,incontrolledmodel,theparticipationofthemwilldecreasethedifferencebetweenpeakofvalleyofthegrid;thirdly,thegoalofpeakloadshiftingiseasilyachievedundertheV2Gmodel,underthismodel,theexchangingpowerbetweenvehiclesandthegridwillcontributeontheloadbalanceofthegrid.TheresultsoftheV2GmodelbuiltinSIMULINKconditionshowthatthecurrent,voltageoftheinverteroutputcontainharmonic,directlyaffectthepowerqualityofthegridafterelectricvehiclesaccessthegrid.Theresultsofbatteriesdischargingexperimentsontheexperimentalplatformshowthatthebatteryinverterwillcausetheharmonic,andwhentheoutputcurrentisincreasing,theharmonicgetsmaller.KEYWORDS:Electricvehicles;V2G;TheMonteCarlomethod;ThepowerqualityofgridV目录摘要...........................................................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................................................III第一章绪论..............................................................................................................................11.1课题来源与研究意义...................................................................................................11.2电动汽车发展现状.......................................................................................................21.3电动汽车建模及V2G研究现状.................................................................................21.4本文主要工作..........................