第一章 緒論

1.1 研究背景與意義

為了應對能源危機和環境危機，近年來新能源發電得到了世界各國的高度重視，這推動了風電、光伏發電在世界各國規模化、產業化的發展。在世界范圍內，可再生能源發電容量正在不斷增加，所占比例也在不斷擴大。在歐洲國家荷蘭，2014 年可再生能源總發電量為 117 億千瓦時，占總用電量比重約 10%，其中風力發電量 49.8 億千瓦時，同比增長 8%;在丹麥，政府計劃在 2020 年前實現清潔能源占總發電量比重 50%的目標，并在 2050 年前完全脫離化石燃料。

而根據美國市場研究機構最新發布的報告，2014 年拉丁美洲光伏市場裝機量達 625 兆瓦，較 2013 年上漲 370%。 我國幅員遼闊，風能、太陽能等可再生能源豐富。新能源發電在我國也得到了快速發展。數據顯示，截至 2014 年底，我國光伏發電累計裝機容量 2805 萬千瓦，同比增長 60%，其中，光伏電站 2338 萬千瓦，分布式 467 萬千瓦，年發電量約 250 億千瓦時，同比增長超過 200%。同時，國家能源局公布的相關數據表明，2014 年，我國風電并網裝機已超 9000 萬千瓦，預計年發電量 1500 億千瓦時。

可再生能源發電的規模不斷擴大，為電力系統提供了大量的清潔能源，緩解了環境壓力，促進了經濟社會的可持續發展。然而，從電力系統的供需平衡的角度，可再生能源具有間歇性的特點，大規模可再生能源的并網給電力系統穩定性帶來了巨大的挑戰。可再生能源的不穩定性既會增加系統的備用容量，增大了系統的運行成本，同時也會對電能質量產生很大的負面影響，如電網頻率更加難以維持穩定。

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1.2 國內外研究現狀

電動汽車作為一種典型的能夠與電網互動的柔性負荷，除交通功能外，還可以通過 V2G 技術參與電力系統需求側響應。在大規模新能源并網環境下，通過對電動汽車負荷的需求響應控制能夠提高電力系統對間歇性新能源的消納能力。同時，電動汽車還能夠為電力系統提供旋轉備用，提高電網的應急控制能力。電動汽車負荷具有以下特征：

(1) 可控時間長。一般電動汽車在全天當中出行時間僅占 4%，其余 96%的時間處于閑置狀態。在閑置期間，電動汽車具有很大的用電彈性，能夠作為儲能裝置為電力系統提供輔助服務[1-3];

(2) 能量雙向流動。基于 V2G 技術，電動汽車既能夠作為電力負荷從電網吸收電能，又能夠作為分布式電源將電能向電網回饋，根據電力系統功率需求動態調整充放電功率[4-5];

(3) 響應速度快。電動汽車的充放電在本質上是化學過程和電磁過程，不包含機械過程。因此，電動汽車車載電池具有較快的響應速度，其充放電狀態改變時間能夠達到毫秒級[6].

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第二章 考慮用戶參與度的電動汽車集中式頻率控制策略

2.1 引言

在電動汽車快速普及的背景下，集中式充電站、換電站是公共區域應對大規模電動汽車接入電網的有效商業模式。在電動汽車集中接入方式下，基于Vehicle-to-Grid(V2G)技術，電動汽車能夠通過集中控制為電力系統提供輔助調頻服務[38-40]。在系統頻率高于額定值場景下，電動汽車增加充電功率以增加系統負荷;在系統頻率低于額定值場景下，電動汽車降低充電功率或向系統反供電，等效降低系統負荷，維持系統頻率穩定。 電動汽車作為一種移動式儲能裝置，與傳統儲能有顯著的區別，主要體現在其可用容量受出行特性的影響，是實時動態變化的[41-43]。

電動汽車負荷特性與用戶充電方式有密切的聯系，在實時電價等激勵措施的刺激下，電動汽車能夠通過改變充電模式(如無控充電和智能充電等)實現充電負荷在時間尺度上的變換，實現負荷的削峰填谷。 本章首先構建電動汽車充電樁與電池的數學模型。為了構建電動汽車負荷群體模型，研究電動汽車群體的出行特性，包括出行時間、出行距離以及車載電池容量特性。針對電動汽車的集中式接入方式，提出一種考慮用戶參與度的電動汽車集中式頻率控制策略。在集中控制下，首先根據電動汽車車載電池 SOC 對其進行實時排序，再依據系統頻率信號控制電動汽車的充放電狀態，調整充放電功率，為電力系統提供輔助調頻服務。

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2.2 電動汽車負荷單體建模

電動汽車電池模型是一個與電阻相串聯的可控電壓源。該模型僅僅將 SOC作為電池的狀態參數，能夠精確地反映不同類型電動汽車電池(鋰離子、鉛酸、鎳金屬氧化物、鎳鎘電池)的充電過程。 作為電池的狀態參數，能夠精確地反映不同類型電動汽車電池(鋰離子、鉛酸、鎳金屬氧化物、鎳鎘電池)的充電過程。

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第三章 電動汽車分散式頻率控制策略與調頻能力評估方法 .... 21

3.1 引言 ....... 21

3.2 考慮用戶需求的電動汽車分散式頻率控制策略 ..... 21

3.3 基于動態分類的電動汽車調頻能力評估方法 ......... 26

3.4 算例分析 ...... 29

3.5 本章小結 ...... 33

第四章 溫控負荷與電動汽車的集中式協同頻率控制策略初探 ....... 35

4.1 引言 ....... 35

4.2 溫控負荷建模 ..... 35

4.3 溫控負荷集中式頻率控制策略 ..... 37

4.4 溫控負荷與電動汽車協同頻率控制策略 .......... 38

4.5 算例分析 ...... 39

4.6 本章小結 ...... 42

第五章 結論與展望 ......... 43