电动汽车大规模接入对城市配电网的影响分析毕业设计
目录
摘要......................................... 错误！未定义书签。Abstract .............................................................................. 错误！未定义书签。第1章绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.2 电动汽车接入对城市配电网的影响 (4)
1.2.3 电动汽车充电机对配电网的谐波影响 (6)
1.3论文主要研究内容 (7)
第2章电动汽车负荷分类 (9)
2.1电动汽车充电模式 (9)
2.2影响充电负荷的因素 (10)
2.3电动汽车充电负荷分类 (11)
2.4本章小结 (12)
第3章电动汽车对城市配电网负荷预测的影响 (13)
3.1传统配电网负荷预测 (13)
3.2修正配电网负荷预测 (15)
3.3本章小结 (16)
第4章电动汽车充电机（站）仿真模型 (17)
4.1充电机的结构 (17)
4.2充电机等效模型 (17)
4.3充电机仿真模型建立 (18)
4.3.1 仿真软件选择 (18)
4.3.2 充电机Matlab仿真模型 (20)
4.3.3 等效电阻Rc的选取 (20)
4.3.4 充电站(含一台充电机)仿真模型建立 (22)
4.3.5 仿真模型的验证 (23)
4.4电动汽车充电站仿真模型 (25)
4.5电动汽车充电站运行对配电网电能质量的影响 (25)
4.5.1 谐波污染 (26)
4.5.2 功率因数下降 (26)
4.6本章小结 (27)
第5章电动汽车充电站谐波仿真与分析 (28)
5.1谐波分析基本理论知识 (28)
5.1.1 研究对象 (28)
5.1.2 重要参数计算 (29)
5.2谐波限值 (30)
5.3电动汽车充电站仿真与谐波分析 (31)
5.3.1 单台充电机运行 (31)
5.3.2 多台充电机同时运行 (35)
5.4谐波治理方案 (37)
5.5本章小结 (38)
结论 (39)
参考文献 (40)
致谢 (42)
附录 (43)
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EV Project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-in hybrid electric vehicle ，PHEV) 和纯电动汽车(b
attery electric vehicle ，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。
燕山大学本科生毕业设计（论文）
（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(initial state-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电动汽车网
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IEC 62196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
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