論文——智能電網(wǎng)風(fēng)險調(diào)度分析與研究

1、目 錄中文摘要1英文摘要21緒論31.1智能電網(wǎng)綜述31.2 智能電網(wǎng)在國外的發(fā)展趨勢51.3 現(xiàn)階段我國智能電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r71.4 本文研究的主要內(nèi)容82 影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險的因素92.1 智能電網(wǎng)風(fēng)險調(diào)度的研究意義92.2 各個因素對智能電網(wǎng)調(diào)度的影響92.3 諧波的定義、危害以及對電網(wǎng)的影響113 電動汽車負(fù)荷并網(wǎng)產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)的影響133.1 電動汽車發(fā)展趨勢133.2 電動汽車對電網(wǎng)影響的分類133.3 電動汽車的幾種等效充放電模型144. MATLAB仿真194.1 MATLAB簡介194.2 仿真原理圖1194.3 仿真原理圖2254.4 解決措施30結(jié)論32謝辭33參考文獻(xiàn)3

2、4智能電網(wǎng)風(fēng)險調(diào)度分析與研究摘 要：智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，不管是對于電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)，都會帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。但是，電網(wǎng)智能化在取得重大發(fā)展進(jìn)步的時候，與此同時，電網(wǎng)建設(shè)過程中所面臨的潛在的風(fēng)險因素是不容忽視的，如果對風(fēng)險的影響不能準(zhǔn)確把握，這將會給智能電網(wǎng)帶來不可估量的損失。因此，運(yùn)用科學(xué)的方法有效地開展風(fēng)險評估可以指引決策者實現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃，從而來避免盲目的投資以及重大風(fēng)險損失，這對于智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)具有重要的工程實用價值和發(fā)展參考作用。本文首先介紹了影響智能電網(wǎng)的幾種風(fēng)險因素，簡單介紹分析了其對智能電網(wǎng)的影響，然后主要研究了用戶側(cè)不確定因素（以電動汽車負(fù)荷為例）所產(chǎn)生的諧波對智

3、能電網(wǎng)的影響。首先介紹了電動汽車充電機(jī)理，然后構(gòu)建其等效電路模型，在Matlab/Simulink軟件中搭建具體電路模型來模擬電動汽車負(fù)荷對其他非線性負(fù)荷的影響，最后分析仿真結(jié)果來提出一種新的調(diào)度方式來減小甚至消除未來電動汽車大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)諧波影響。關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；風(fēng)險調(diào)度；諧波；電動汽車；Matlab仿真Smart Grid scheduling risk analysis and researchAbstract: Smart Grid is the future direction of the grid and it can bring enormous social and ec

4、onomic benefits for the grid side and the user side. However, the development of intelligent network made significant progress at the time, at the same time, the grid potential risk factors faced by the construction process can not be ignored, and it will bring to the smart grid immeasurable loss wh

5、en the effect of risk can not be accurately grasp. Therefore, the use of scientific methods to effectively carry out a risk assessment can guide decision-makers achieve scientific planning in order to avoid blind investment and significant risk of loss, which for the smooth progress of the smart gri

6、d has important practical value and development of reference. This paper describes the impact of the smart grid are several risk factors, a brief analysis of its impact on the smart grid, and then studies the user-side uncertainties (electric vehicle load is selected) harmonics generated by the smar

7、t grid affected. Firstly, the electric vehicle charging mechanism is introduced, then the equivalent circuit model is builded, and the Matlab / Simulink software is used to simulate the impact of electric vehicles load to other nonlinear loads. Finally, in order to reduce or even eliminate the impac

8、t of future large-scale grid-connected electric vehicles on the grid harmonics, a new scheduling way is proposed by analyzing the simulation results.Keywords: smart grid; scheduling risk analysis; harmonic; electric vehicle; Matlab/simulation 1 緒論1.1 智能電網(wǎng)綜述智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱之為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)

9、絡(luò)基礎(chǔ)上的，其通過先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，它的主要特征包括自愈、激勵用戶、抵御攻擊、提供滿足未來用戶需求的高質(zhì)量電能、容許各種不同形式的發(fā)電設(shè)備的接入、啟動電力市場和資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。同當(dāng)前傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)主要特征有：（1）堅強(qiáng)性：在電網(wǎng)發(fā)生小擾動或者大擾動故障時，電網(wǎng)仍能保持其正常的供電能力，而不發(fā)生大面積的停電事故；在電網(wǎng)發(fā)生極端故障時，仍然能夠保證整個電網(wǎng)的安全運(yùn)行；其二次系統(tǒng)具有確保信息安全的能力和防止計算機(jī)病毒破壞的能力。（2）自愈性：具備實時、在線連續(xù)的安全評估以及分析

10、能力；具備強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力；具備故障的自動診斷、故障的隔離以及系統(tǒng)的自我修復(fù)能力。（3）兼容性：能夠接受可再生能源的正確、合理地接入；允許分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的接入；能夠使需求側(cè)管理的功能更加完善；能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶之間的高效互動。（4）經(jīng)濟(jì)性：可支持火力發(fā)電和水火電聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的模式；支持電力市場和電力交易系統(tǒng)；能夠提供清潔優(yōu)質(zhì)的電力；實現(xiàn)資源的合理配置；降低整個電網(wǎng)的損耗，從而提高能源利用效率。（5）集成性：實現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集合和共享；采用統(tǒng)一的運(yùn)行平臺和模型；實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化和規(guī)范化的管理。（6）優(yōu)化性：優(yōu)化資產(chǎn)的利用率；降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本1。智能電網(wǎng)的發(fā)展的重要意

11、義體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）用戶生活方便：堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，將會推動智能小區(qū)、智能城鎮(zhèn)的發(fā)展，從而提升人們的生活品質(zhì)。家庭智能用電系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對熱水器、電冰箱，洗衣機(jī)和空調(diào)等智能家電的實時控制和遠(yuǎn)程控制，而且還能為互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)等提供接入服務(wù)；除此之外，其還能通過智能電能表實現(xiàn)自動抄表以及自動轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等功能，讓生活更便捷。智能電網(wǎng)可以接入小型家庭屋頂光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等裝置，并且推動電動汽車的大規(guī)模并網(wǎng)，從而來提高清潔能源消費(fèi)比重，減少城鎮(zhèn)污染，讓居民生活更加低碳。智能電網(wǎng)可以促進(jìn)電力用戶的角色轉(zhuǎn)變，使其兼具備用電和售電的雙重屬性，并且還能夠為用戶搭建一個家庭用電綜合服務(wù)平臺

12、，幫助用戶來合理選擇用電方式，節(jié)約電能，有效地降低電能費(fèi)用支出，讓生活更加經(jīng)濟(jì)。（2）產(chǎn)生效益：堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，將會使電網(wǎng)功能逐步擴(kuò)展到促進(jìn)能源資源優(yōu)化配置、提供多元開放的電力服務(wù)、保障整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、推動其他新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等多個方面。作為我國最重要的能源輸送配置平臺，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)從投資建設(shè)部分到生產(chǎn)運(yùn)營的整個過程中都將為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、能源生產(chǎn)和利用、環(huán)境保護(hù)等各方面帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。在電力系統(tǒng)方面能夠節(jié)約電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量，降低系統(tǒng)的總發(fā)電燃料成本費(fèi)用，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用效率，減少建設(shè)投資的成本，提升電網(wǎng)輸送效率，降低線路損耗；在用電客戶方面能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動，為用

13、戶提供便捷的服務(wù)，提高終端能源利用率，節(jié)約電能消費(fèi)，大大提高供電的可靠性，較大的改善電能質(zhì)量；在環(huán)境與節(jié)能方面能夠提高能源利用率，從而帶來節(jié)能減排效益，促進(jìn)清潔能源的開發(fā)，提升土地資源的整體利用率，節(jié)約土地資源的占用率。在其他方面能夠帶動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，解決就業(yè)問題，保障能源的安全供應(yīng)，將輸煤方式轉(zhuǎn)換成輸電形式，提高能源的轉(zhuǎn)換效率，極大的減少交通成本和運(yùn)輸壓力。（3）推進(jìn)系統(tǒng)：可以有效提高電力系統(tǒng)的安全性以及供電可靠性。通過智能電網(wǎng)強(qiáng)大的“自愈”功能，能夠快速準(zhǔn)確地將故障元件進(jìn)行隔離，并且在較少人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)快速的恢復(fù)到正常狀態(tài)，提高系統(tǒng)供電的可靠性和安全性；實現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展，堅強(qiáng)智能電

14、網(wǎng)建設(shè)能夠推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、運(yùn)行和管理等方面的提升，從而來適應(yīng)電力市場的需求，推動電網(wǎng)的科學(xué)發(fā)展；減少系統(tǒng)裝機(jī)容量，根據(jù)我國不同地區(qū)省份電力負(fù)荷特性差異大的特征，通過智能化的統(tǒng)一調(diào)度，來獲得調(diào)峰填谷等聯(lián)網(wǎng)效益，同時通過分時電價機(jī)制，指引用電客戶低谷時段用電，減小高峰負(fù)荷，從而減少系統(tǒng)裝機(jī)容量；降低系統(tǒng)發(fā)電燃料費(fèi)用，建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，能夠優(yōu)化我國電源布局，降低燃料運(yùn)輸成本，同時，通過降低負(fù)荷峰谷差的手段，能夠提高火電機(jī)組使用率，降低煤耗，最終減少發(fā)電成本；提高電網(wǎng)設(shè)備利用率，首先，通過改善電力負(fù)荷的曲線，減小峰谷差，提高電網(wǎng)設(shè)備利用效率；其次，發(fā)揮堅強(qiáng)電網(wǎng)的自我診斷能力，延長電網(wǎng)

15、基礎(chǔ)設(shè)施的壽命；降低線損，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓輸電技術(shù)作為重要基礎(chǔ)的，這將大大降低電能遠(yuǎn)距離輸送過程中的損失率，智能調(diào)度系統(tǒng)、靈活輸電技術(shù)以及與用電客戶的實時交互，都能夠優(yōu)化輸電線路的潮流分布，降低線路損耗，同時，分布式電源的建設(shè)，也將減少電能遠(yuǎn)距離輸送的網(wǎng)損。（4）分配資源：我國資源與需求呈反向分布，80%以上的煤炭、水能和風(fēng)能資源分布在西北部地區(qū)，而75%以上的能源需求主要集中在東部、中部地區(qū)。資源與需求分布不平衡的基本國情，促使我國必須在全國范圍內(nèi)實行能源的優(yōu)化配置。堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，為能源的優(yōu)化配置提供了一個良好的平臺。堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建成后，將形成結(jié)構(gòu)堅強(qiáng)的受、送端電網(wǎng)，電力承載能力

16、顯著加強(qiáng)，構(gòu)成“強(qiáng)交、強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)水、煤、核、大規(guī)?？稍偕茉吹目鐓^(qū)域、遠(yuǎn)距離、低損耗、高效率輸送，極大的提升電網(wǎng)大范圍資源優(yōu)化配置能力。（5）能源發(fā)展：太陽能以及風(fēng)能等清潔能源的開發(fā)利用以生產(chǎn)電能的形式為主，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)可以明顯提高電網(wǎng)對清潔能源的接入、消納和調(diào)節(jié)能力，推動清潔能源的發(fā)展。智能電網(wǎng)通過采用先進(jìn)的控制及儲能技術(shù)，改善清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高清潔能源并網(wǎng)能力。智能電網(wǎng)合理規(guī)劃大規(guī)模清潔能源基地網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和送端電源結(jié)構(gòu)，采用特高壓、柔性輸電技術(shù)，符合了大規(guī)模清潔能源電力輸送的要求。堅強(qiáng)智能電網(wǎng)通過對大規(guī)模間歇性清潔能源進(jìn)行合理、經(jīng)濟(jì)調(diào)度，大大的提高了

17、清潔能源生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。智能一體化的用電設(shè)備，可以實現(xiàn)對分布式電源的接受與協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)與用電客戶的友好雙向互動，從而為客戶體驗新能源電力帶來便利。（6）節(jié)能減排：構(gòu)建堅強(qiáng)智能電網(wǎng)對促進(jìn)節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有著重要的意義：支持清潔能源機(jī)組的大規(guī)模并網(wǎng)，加快清潔能源的發(fā)展，推動我國資源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整；指引客戶合理的安排用電時段，減小高峰負(fù)荷，穩(wěn)定火力發(fā)電廠的出力，降低發(fā)電煤耗成本；促進(jìn)特高壓、柔性輸電、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等先進(jìn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；實現(xiàn)電網(wǎng)與客戶的有效互動，提高用電效率；推動電動汽車的大規(guī)模接入并網(wǎng)，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，實現(xiàn)減排效益。1.2 智能電網(wǎng)在國外的發(fā)展趨

18、勢目前，全球范圍內(nèi)對智能電網(wǎng)的研究及實踐尚處于初始階段，智能電網(wǎng)的概念和內(nèi)容也在不斷地擴(kuò)充中。2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術(shù)，利用了（Swarm)群體行為原理，讓一層大樓里的用電設(shè)備互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無線控制器，與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制。比如，一臺空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24；而另外兩臺空調(diào)可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實現(xiàn)。這個技術(shù)賦予電器于智能，提高能源的利用效率。2006年歐盟理事會的能源綠皮書歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略 (A European

19、Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過程中的自動化技術(shù)。2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點(diǎn)” (Grid Point)的公司最近開始出售一種可用于監(jiān)測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個電子產(chǎn)品具有了一部分交互功能，可以看作智能電網(wǎng)中的一個基礎(chǔ)設(shè)施。2006 年，美國IBM公司曾與全球電力專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可

20、以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費(fèi)者對電力使用的管理也可細(xì)化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級調(diào)度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項目的啟動標(biāo)志著中國開始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個智能電網(wǎng)城市，每戶家庭

21、都安裝了智能電表，人們可以很直觀地了解當(dāng)時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽能等清潔能源。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現(xiàn)，可以重新配備電力。2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。2009年1月25日美國白宮最新發(fā)布的復(fù)蘇計劃尺度報告宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬美國家庭安裝智能電表美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。2月2 日能源問題專家武建東在全面推動互動電網(wǎng)革命拉動經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的文章中，明確提出中

22、國電網(wǎng)亟須實施“互動電網(wǎng)”革命性改造。2009年2月4日，地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公用系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達(dá)9100萬美元（合7000萬歐元），其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測到潛在問題。 IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機(jī)會，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。

23、2009年2月10日，谷歌表示已開始測試名為谷歌電表PowerMeter的用電監(jiān)測軟件。這是一個測試版在線儀表盤，代表著谷歌正在成為信息時代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設(shè)的一部分華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過專家組的驗收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無需在不同系統(tǒng)和平臺間頻繁切換，便可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運(yùn)行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務(wù)市場品質(zhì)分析平臺，能有效提升調(diào)度部門對并網(wǎng)電廠管理的標(biāo)準(zhǔn)化和流程化水平。美

24、國谷歌2009年3月3日向美國議會進(jìn)言，要求在建設(shè)“智能電網(wǎng)（Smart Grid）”時采用非壟斷性標(biāo)準(zhǔn)。2010年1月12日，國家電網(wǎng)公司制定了關(guān)于加快推進(jìn)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的意見，確定了建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標(biāo)。2011年3月1日，國家電網(wǎng)750kV延安洛川智能變電站成功投運(yùn)，這座世界最高電壓等級的智能變電站。1.3 現(xiàn)階段我國智能電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r而我國電力工業(yè)面臨著類似于歐美國家的情況：在宏觀政策層面， 電力行業(yè)需要滿足建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的要求，適應(yīng)氣候變化；在市場化改革層面，交易手段與定價方式正在改變，市場供需雙方的互動將會越來越頻繁。這說明智能電網(wǎng)建設(shè)也將成為我國

25、電網(wǎng)發(fā)展的一個新方向。目前，中國發(fā)展智能電網(wǎng)的條件已經(jīng)具備，通過智能電網(wǎng)建設(shè)， 電力各領(lǐng)域都將發(fā)生飛躍和提升，電網(wǎng)的發(fā)展也將隨之深刻變化。我國發(fā)展智能電網(wǎng)與其他國家有所差別。外國智能電網(wǎng)更多地關(guān)注配電領(lǐng)域。目前，我國需要更密切地關(guān)注智能輸電網(wǎng)領(lǐng)域，把特高壓電網(wǎng)的發(fā)展融入其中，保證電網(wǎng)的安全可靠和穩(wěn)定，提升駕馭大電網(wǎng)安全運(yùn)行的能力。另外，我國電網(wǎng)企業(yè)正在轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式，用戶的用電行為也在發(fā)生變化。以建設(shè)智能電網(wǎng)為抓手，能夠比較方便地建成滿足未來需要的下一代電力網(wǎng)絡(luò)。要實現(xiàn)電網(wǎng)智能化目標(biāo)，有許多技術(shù)需要進(jìn)行研究。其中輸電網(wǎng)中基于相量測量單元的廣域測量系統(tǒng)、柔性 交流輸電和配電網(wǎng)中分布式發(fā)電、自動

26、抄表、需求側(cè)管理等很多技術(shù)，在智能電網(wǎng)概念提出前就已經(jīng)在研究，并且取得了不錯的成績。智能電網(wǎng)的發(fā)展，會讓這些技術(shù)提高到新的層次，并使研發(fā)工作更有用武之地。此外還要開發(fā)諸如儲能技術(shù)、先進(jìn)的雙向式自動計量表計設(shè)施、風(fēng)能和太陽能等可再生能源的接入技術(shù)、微電網(wǎng)等一系列新的技術(shù)。智能電網(wǎng)也需要不斷整合和集成企業(yè)資產(chǎn)管理和電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺，從而為電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理提供全方位的信息服務(wù)。國家電網(wǎng)公司建設(shè)的SG18612程，為構(gòu)建智能電網(wǎng)打下了基礎(chǔ)。各項工作的推進(jìn)，讓智能電網(wǎng)正從設(shè)想進(jìn)入現(xiàn)實，這是一項艱難的任務(wù)，也是一個誘人的挑戰(zhàn)。1.4 本文研究的主要內(nèi)容本文在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)全面分析了電動

27、汽車負(fù)荷接入電網(wǎng)后產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)運(yùn)行的影響。圍繞這個任務(wù)，論文進(jìn)行了以下幾個方面的分析探索。首先，介紹了五種的影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險的因素；其次，說明了諧波對電網(wǎng)的影響；然后，以電動汽車負(fù)荷為例，運(yùn)用Matlab仿真軟件分析其接入電網(wǎng)后的影響；最后，一出一種負(fù)荷的優(yōu)化解決措施來盡可能減小大量電動汽車并網(wǎng)后的影響。2 影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險的因素2.1 智能電網(wǎng)風(fēng)險調(diào)度的研究意義智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，不管是對于電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)，都會帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。但是，電網(wǎng)智能化在取得重大發(fā)展進(jìn)步的時候，與此同時，電網(wǎng)建設(shè)過程中所面臨的潛在的風(fēng)險因素是不容忽視的，如果對風(fēng)險的影響不能準(zhǔn)確把握，這將

28、會給智能電網(wǎng)帶來不可估量的損失。因此，運(yùn)用科學(xué)的方法有效地開展風(fēng)險評估可以指引決策者實現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃，從而來避免盲目的投資以及重大風(fēng)險損失，這對于智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)具有重要的工程實用價值和發(fā)展參考作用。我國的智能電網(wǎng)發(fā)展還處于全面建設(shè)的初始階段，其推進(jìn)過程具有投資規(guī)模大、周期性長、覆蓋面廣、區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)等特點(diǎn)。在此建設(shè)階段，眾多的隱性和顯性的不確定因素導(dǎo)致智能電網(wǎng)承受著多方面的風(fēng)險威脅，所以一些關(guān)于智能電網(wǎng)的風(fēng)險評估研究已初露端倪。國內(nèi)對此研究的主要成果有綜述性分析智能電網(wǎng)在不同層面可能經(jīng)歷的風(fēng)險因素，并對所面臨的風(fēng)險因素進(jìn)行了影響程度分析，初步提出了智能電網(wǎng)風(fēng)險評估的基本因素結(jié)構(gòu)框架2,3。國

29、外的研究機(jī)構(gòu)也針對智能電網(wǎng)風(fēng)險評估做了大量的研究。如美國能源部(Department of Energy，DOE)于2009年10月針對可再生能源接入電網(wǎng)所帶來的風(fēng)險，提出了一個從生態(tài)環(huán)境、人類健康和社會經(jīng)濟(jì)效益方面建立的集中式結(jié)構(gòu)的風(fēng)險分析框架4。美國電力科學(xué)研究院(Electric Power Research Institute，EPRI)開展的資產(chǎn)管理和智能電網(wǎng)實踐過程中的集成化變電站設(shè)備的風(fēng)險評估項目以及高級量測體系(advanced metering infrastructure，AMI)的風(fēng)險評估和安全需求項目5,6。美國加利福尼亞州能源研究機(jī)構(gòu)提出了智能電網(wǎng)安全性：統(tǒng)一的風(fēng)險管

30、理辦法7。還有歐洲一些國家關(guān)注的是智能電網(wǎng)的不確定性以及帶來的相關(guān)風(fēng)險，通過對智能電網(wǎng)可預(yù)見的組成分析以及對技術(shù)、業(yè)務(wù)、經(jīng)濟(jì)、政策驅(qū)動的分析來識別并指出其所帶來的風(fēng)險8,9。2.2 各個因素對智能電網(wǎng)調(diào)度的影響風(fēng)險識別是指對面臨的尚不明顯的各種潛在的不確定性因素進(jìn)行全面、系統(tǒng)的歸類分析，進(jìn)而揭示風(fēng)險及其性質(zhì)的過程10。風(fēng)險識別的基本任務(wù)就是辨識、了解風(fēng)險的類型及其可能帶來的嚴(yán)重后果和影響。智能電網(wǎng)目前處于全面建設(shè)的起步階段，盡管有部分風(fēng)險因素在試點(diǎn)項目中已經(jīng)顯露出來，但是深層次、隱性的風(fēng)險因素還需要進(jìn)一步發(fā)掘，以便可以前瞻性地預(yù)測智能電網(wǎng)未來發(fā)展建設(shè)過程中隨時間推遲出現(xiàn)的風(fēng)險。針對智能電網(wǎng)建設(shè)

31、過程中帶來的不確定性，并且確保智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)，首先必須準(zhǔn)確把握國家宏觀經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)及能源等各項政策，改革方向以及省市政府層面的政策導(dǎo)向，確保智能電網(wǎng)的發(fā)展符合國家戰(zhàn)略政策，同時能有效服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展；其次，要確保電網(wǎng)公司管理方面的穩(wěn)定正常運(yùn)作，保證公司良性發(fā)展，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供可靠的環(huán)境保障；第三，有效控制系統(tǒng)安全運(yùn)行風(fēng)險，預(yù)防和應(yīng)對各種危害系統(tǒng)安全的狀況發(fā)生，在電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下有效開展智能電網(wǎng)建設(shè)；第四，確保智能電網(wǎng)的發(fā)展有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，必須格外關(guān)注金融方面對智能電網(wǎng)推進(jìn)的影響作用；最后，技術(shù)作為智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要特征之一，其發(fā)展水平對智能電網(wǎng)建設(shè)程度有著標(biāo)志性的影響

32、。因此，下面簡單介紹政策風(fēng)險、市場風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、安全風(fēng)險和管理風(fēng)險等對電網(wǎng)的影響，全面識別出智能電網(wǎng)中的主要風(fēng)險因素。（1）政策風(fēng)險：近期，盡管智能電網(wǎng)起步迅速，但國家對智能電網(wǎng)相關(guān)的扶持政策仍不夠完善，電網(wǎng)企業(yè)對政策的承受力不夠強(qiáng)，政策風(fēng)險出現(xiàn)的可能性和后果相對較大；在發(fā)展的中期和遠(yuǎn)期，政策完善程度越來越高，漸成體系，并趨于平穩(wěn)，政策風(fēng)險帶來的后果將有所減小，出現(xiàn)的可能性將有所降低。（2）市場風(fēng)險：從近期到遠(yuǎn)期，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展以及對資金需求的增大，電網(wǎng)資產(chǎn)負(fù)債率有逐年攀升的可能，引發(fā)的風(fēng)險后果會增大。投資、市場競爭和市場交易等活動，任何時間點(diǎn)都有可能出現(xiàn)市場風(fēng)險，并且可能性大致相同

33、，因此在智能電網(wǎng)的各個發(fā)展階段，市場風(fēng)險都可能出現(xiàn)。（3）技術(shù)風(fēng)險：核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備以及智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面未取得突破之前，這些方面存在的風(fēng)險都將是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要制約因素。近期和中期，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等都還不完善和成熟，技術(shù)風(fēng)險幾乎肯定存在，并且不利于智能電網(wǎng)迅速向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，風(fēng)險的影響較大；遠(yuǎn)期看來，隨著科技水平的發(fā)展和實踐經(jīng)驗的積累，技術(shù)風(fēng)險的后果和可能性會有所降低。（4）安全風(fēng)險：近期，由于信息網(wǎng)絡(luò)和用戶終端信息網(wǎng)均未形成規(guī)模，安全風(fēng)險表現(xiàn)為電力系統(tǒng)自身的安全風(fēng)險；隨著時間發(fā)展包括用戶的整個信息網(wǎng)絡(luò)將初具規(guī)模，風(fēng)險的影響和可能性將增加；發(fā)展到遠(yuǎn)期，信息安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等方面越來越成

34、熟之后，發(fā)生風(fēng)險的可能性和后果會有所降低。（5）管理風(fēng)險：近期，智能電網(wǎng)投資項目眾多，智能電網(wǎng)的專業(yè)技術(shù)人員缺乏，物資和財務(wù)還處于粗放型管理，因此管理風(fēng)險發(fā)生的可能性和危害后果很高；隨著智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、運(yùn)行經(jīng)驗的不斷積累和管理模式向集約化管理轉(zhuǎn)變，管理風(fēng)險發(fā)生的可能性和后果在逐漸減小。安全性風(fēng)險評估是目前的研究熱點(diǎn)，包括暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險評估、動態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險評估、電網(wǎng)諧波風(fēng)險評估、連鎖故障風(fēng)險評估、風(fēng)險評估的在線技術(shù)等。今后應(yīng)研究如何將現(xiàn)有方法用于智能電網(wǎng)，以充分考慮智能電網(wǎng)帶來的新的不確定因素。本文主要通過研究用戶側(cè)負(fù)荷波動產(chǎn)生諧波進(jìn)而對整個電網(wǎng)的影響11。2.3 諧波的定義、危害以及對電網(wǎng)的影

35、響諧波在國際電工標(biāo)準(zhǔn)中的定義為:“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，它的頻率是基波頻率的整數(shù)倍”。因為其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，我們也常稱其為高次諧波。對于諧波次數(shù)來說，我們用諧波頻率和基波頻率之比表示。習(xí)慣上，電力系統(tǒng)的工頻就是基波頻率。在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器會呈現(xiàn)比較大的背離正弦曲線波形。諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣

36、老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下四個方面：(1)電網(wǎng)中的各部分元件因為諧波的存在產(chǎn)生了大量的附加損耗，用電設(shè)備的效率大大降低，大量諧波流過中性線時會使線路過熱，嚴(yán)重的話會發(fā)生火災(zāi)。(2)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動，噪聲和過電壓，使變壓器局部過熱。(3)諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電氣

37、測量儀表計量不準(zhǔn)確。(4)對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。3 電動汽車負(fù)荷并網(wǎng)產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)的影響3.1 電動汽車發(fā)展趨勢規(guī)?；妱悠嚨碾娏π枨髮殡娋W(wǎng)帶來壓力和挑戰(zhàn)。電動汽車對電網(wǎng)的影響可體現(xiàn)在發(fā)電、輸電和配電層面。關(guān)于電動汽車對電網(wǎng)的影響已有多篇文獻(xiàn)在不同計算條件下進(jìn)行了評估。由于考查案例和計算方法的不同，關(guān)于電動汽車對電網(wǎng)的影響出現(xiàn)了不同的結(jié)論。電動汽車對電網(wǎng)影響的不確定性，取決于電動汽車的數(shù)量、充電地點(diǎn)、充電功率、用戶行為、與原有負(fù)荷高峰在時間和空間上的關(guān)聯(lián)程度等。在發(fā)電和輸電層面，電動汽車對電網(wǎng)的影響與電動汽車的總體數(shù)

38、量以及用戶行駛和充電的統(tǒng)計特性有關(guān)。而在配電網(wǎng)層面，電動汽車對電網(wǎng)的影響還與充電設(shè)施的分布以及各特定區(qū)域和場所下的用戶使用特性有關(guān)。規(guī)?；妱悠嚨某潆娦枨蠹觿×穗娋W(wǎng)的升級改造壓力，在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)下，電網(wǎng)需要通過更加高效的手段，維持系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。電動汽車的移動性、隨機(jī)性等特點(diǎn)造成其對電網(wǎng)影響的不確定性，同時也使其充電需求具備一定的靈活性。將電動汽車視為可控負(fù)荷和移動式儲能單元，減少其對電網(wǎng)的不利影響，并利用其為電網(wǎng)提供支持也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。3.2 電動汽車對電網(wǎng)影響的分類電動汽車對電網(wǎng)的影響可根據(jù)考察的空間范圍、層面和評估指標(biāo)進(jìn)行劃分。在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中，電動汽車的影響可涉及發(fā)電、輸電和配

39、電層面；在空間領(lǐng)域，可以從全網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)乃至某小區(qū)供電范圍內(nèi)對電動汽車的影響進(jìn)行考察；根據(jù)考查對象，評估的指標(biāo)可劃分為設(shè)備負(fù)載率、設(shè)備壽命、電能質(zhì)量(諧波水平、壓降、閃變、不對稱)、網(wǎng)損、可靠性、容量等。從影響層面看，關(guān)于電動汽車對發(fā)電和輸電影響的研究集中在發(fā)電和輸電容量對電動汽車電量和電力需求的容納能力。如文獻(xiàn)12考慮電動汽車傍晚充電和夜間充電2種情景，指出在傍晚充電情景下，電動汽車將使電網(wǎng)峰值負(fù)荷發(fā)生較大增長，到2030年美國13個供電區(qū)域中將有10個區(qū)域需要新增裝機(jī)以滿足電動汽車電能需求。文獻(xiàn)13以澳大利亞珀斯地區(qū)為案例，參照傳統(tǒng)車輛行駛統(tǒng)計特性進(jìn)行計算，指出若該地區(qū)所有乘用車替換為電動

40、汽車，現(xiàn)有輸電線路和變電站可滿足100%車輛的需求，但如果不增加該地區(qū)的裝機(jī)容量，需要在負(fù)荷高峰日對93%的車輛進(jìn)行管理。對于電動汽車對發(fā)電和輸電的影響，一些文獻(xiàn)還從經(jīng)濟(jì)性角度針對電動汽車對發(fā)電和輸電的影響進(jìn)行了評估，如文獻(xiàn)14在電動汽車不同充電場景下，計算了電網(wǎng)為提高發(fā)電和輸電容量所投入的成本。關(guān)于電動汽車對配電網(wǎng)的影響集中在線路和變壓器負(fù)載率、設(shè)備壽命、網(wǎng)損、可靠性、壓降、不平衡和諧波等問題的評估。文獻(xiàn)15對帶有不同數(shù)量電動汽車的變壓器熱點(diǎn)溫度進(jìn)行了計算，得出嚴(yán)重情況下電動汽車充電負(fù)荷將使變壓器壽命降低12%。文獻(xiàn)16對某城市生活區(qū)的89條10kV線路進(jìn)行考查,結(jié)果表明，當(dāng)該區(qū)域電動汽車滲

41、透率達(dá)到20%以上時，線路末端壓降將出現(xiàn)越限。文獻(xiàn)17對IEEE 34節(jié)點(diǎn)饋線測試系統(tǒng)進(jìn)行了計算，指出電動汽車充電引起的線損和壓降在進(jìn)行優(yōu)化充電管理后仍不可忽視。文獻(xiàn)18、19分別對電動汽車充電引起的不對稱、諧波水平進(jìn)行了計算，指出電動汽車達(dá)到一定數(shù)量后，公共母線電壓的不對稱度和諧波畸變率將超出標(biāo)準(zhǔn)允許范圍。除上述電動汽車對發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)的影響外，電動汽車對電網(wǎng)的影響還涉及到電力市場、電網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)等方面的內(nèi)容20-23。對電動汽車規(guī)?；瘧?yīng)用后，電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)和CO2排放的變化也是研究的內(nèi)容之一24-25。本文主要通過MATLAB/Simulink軟件對電動汽車負(fù)荷充電模型進(jìn)行仿真，模擬其

42、充電過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的影響，并提出一種假設(shè)，合理安排電動汽車充電時間，以減小甚至消除其對電網(wǎng)的影響。3.3 電動汽車的幾種等效充放電模型為了更好的研究電動汽車對電網(wǎng)的影響，我們采用一種等效電路的模型來模擬其在充電過程中電動汽車蓄電池的各個參數(shù)變化的情況。蓄電池系統(tǒng)建模可以分為電化學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型和電氣模型。其中電化學(xué)模型可以反映電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理及相關(guān)電池設(shè)計參數(shù)，用于優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是這類模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其參數(shù)受電池結(jié)構(gòu)、材料、尺寸等具體因素影響，難以計算和確定，不適用于控制設(shè)計。目前用于蓄電池的數(shù)學(xué)模型，通過經(jīng)驗公式和數(shù)學(xué)理方法雖然可以在系統(tǒng)、設(shè)計中預(yù)測電池運(yùn)行時間、效率、容量等

43、系統(tǒng)層面的特性，但是由于數(shù)學(xué)模型大多要進(jìn)行很多的簡化，往往僅適用于某些特定場合，并且有較大誤差，結(jié)果也不能表現(xiàn)電池充放電電壓電流等，因此不能用于電路設(shè)計仿真關(guān)鍵特性的分析中。電氣模型使用電壓源、電阻、電容組成電路，模擬電池的動態(tài)特性，更加直觀方便使用，非常適合與電路結(jié)合進(jìn)行仿真試驗，精確度介于電化學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型之間。電池電氣模型又可以分為等效電路模型，交流阻抗模型和運(yùn)行時間模型三類。其中等效電路是目前應(yīng)用最為廣泛的電池模型，可以用來模擬電池的動態(tài)特性。與其他電池性能模型相比，采用等效電路模型還可寫出解析的數(shù)學(xué)方程便于分析和應(yīng)用，模型的參數(shù)辨識試驗容易執(zhí)行，而且可對電池的全SOC（SOC：st

44、ate of charge的縮寫，電池行業(yè)用語，指荷電狀態(tài)，又稱剩余容量，當(dāng)蓄電池使用一段時間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。SOC=1即表示為電池充滿狀態(tài)，控制蓄電池運(yùn)行時必須考慮其荷電狀態(tài)。）范圍進(jìn)行建模，在模型中也更容易考慮溫度的影響。等效電路模型再可以進(jìn)一步分為Rint，RC，Thevenin，PNGV和GNL模型，其中Thevenin等效電路模型是一種基本等效電路模型，PNGV模型和GNL模型是在Thevenin等效電路模型基礎(chǔ)上改進(jìn)后的等效電路模型，在實際應(yīng)用中更加實用和精確。由于電池的直流特性、容量特性和暫態(tài)響應(yīng)等都是電動汽車及其充電最關(guān)鍵

45、的參數(shù)，因此改進(jìn)的等效電路模型應(yīng)用最廣。（1）Rint模型圖3.1所示的Rint模型（也稱內(nèi)阻模型）由美國愛達(dá)荷國家實驗室設(shè)計，它用理想電壓源的電勢描述電池的開路電壓。電池內(nèi)阻值，開路電壓是SOC和溫度的函數(shù)。圖3.1 Rint模型（2）RC模型圖3.2所示RC模型由著名電池生產(chǎn)商SAFT公司設(shè)計。模型由2個電容和3個電阻構(gòu)成，其中大電容描述電池的容量，小電容描述電池電極的表面效應(yīng)，電阻稱為端電阻，電阻稱為終止電阻，電阻稱為容性電阻。模型中電池的負(fù)極定義為零電勢點(diǎn)。 圖3.2 RC模型（3）Thevenin模型圖3.3是Thevenin模型，該模型通過理想電壓源的來描述電池開路電壓，用一個串聯(lián)

46、電阻和一個并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（電池極化阻抗和極化阻抗周圍的電容）來預(yù)測電池在某一SOC下對瞬時負(fù)載的響應(yīng)。假定開路電壓不隨SOC變化，因此該模型只能表現(xiàn)電池在某個SOC下的暫態(tài)響應(yīng)，不能表現(xiàn)電池穩(wěn)態(tài)電壓變化，也不能預(yù)測電池運(yùn)行時間，不能表現(xiàn)電池開路電壓與SOC的關(guān)系，也不能預(yù)測電池的運(yùn)行時間與充放電管理。在該電路基礎(chǔ)上增加原件，例如電容器，則構(gòu)成了一些派生電路，具有較好的模擬效果。 圖3.3 Thevenin模型（4）PNGV模型圖3.4所示的PNGV模型是2001年P(guān)NGV電池試驗手冊提出的等效電路模型，在2003年FreedomCAR電池試驗手冊中也被定義為FreedomCAR模型。模型中為理想電壓

47、源的電池開路電壓；為歐姆內(nèi)阻；為電池極化阻抗；為極化阻抗周圍的電容；表征開路電壓與負(fù)載電流的時間積分的變化關(guān)系。此模型是一線性集總參數(shù)等效電路，可以用來預(yù)測HPPC脈沖負(fù)載條件下的電池端電壓變化。當(dāng)電池進(jìn)行充放電時，其電流在時間上的累積引起SOC的變化，從而導(dǎo)致電池開路電壓變化，體現(xiàn)在電容器上的電壓變化。電容量既表征了電池的容量，又表征了直流響應(yīng)，彌補(bǔ)了Thevenin模型的缺陷。PNGV模型的內(nèi)阻參數(shù)（+）具有較為明確的物理含義，在不同溫度下辨識得到的參數(shù)值與同等溫度下電池直流內(nèi)阻比較吻合。模型忽略了，和隨SOC與溫度的變化，這些參數(shù)可以通過模型參數(shù)辨識實驗，測得不同條件下的數(shù)值求平均值來近

48、似計算。 圖3.4 PNGV模型（5）GNL模型目前電動汽車常用的各種電池的極化可分為歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化。大量的電池試驗結(jié)果表明：電池在放電到終止電壓后，經(jīng)過一段時間擱置還可以再進(jìn)行短時大電流放電；電池在恒流充電或放電時，要經(jīng)歷一段電壓陡增或陡降的過程才進(jìn)入電壓平臺期；電池有自放電現(xiàn)象；電池在過充電時放熱增加，庫侖效率降低；電池的充電內(nèi)阻和放電內(nèi)阻不相等。GNL模型是對PNGV模型的改進(jìn)與推廣，圖3.5所示的通用性的非線性（General Nonlinear，GNL）等效電路模型可以反映電池的這些特點(diǎn)，該模型可以用于電池單體、電池模塊和電池組。模型中：為負(fù)載電流；為負(fù)載電壓；為開路

49、電壓；為放電終止電壓對應(yīng)的電壓源電壓；為SOC等于0時的儲能電容；為串聯(lián)電阻（充電時為，放電時為）；為儲能大電容，用來描述由于放電或充電的累積引起的電池開路電壓的變化；和分別為較短和較長時間常數(shù)極化內(nèi)阻，充電時為和，放電時為和；和分別為較短和較長時間常數(shù)極化電容；為自放電電阻；為過充電電阻。圖3.5 GNL模型文獻(xiàn)26從模型精度、模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)辨識和影響因素四個方面對五種等效電路模型進(jìn)行了評價和比較。該文獻(xiàn)在比較各模型的誤差后指出：等效電路模型更適用于電池變功率充放電的工作狀態(tài)，滿足電動汽車仿真的要求；電壓誤差是等效電路模型的主要誤差；GNL模型的精度最好，PNGV精度和GNL模型的接近，并且

50、明顯高于Rint模型、Thevenin模型和RC模型的精度。在這五種模型中，Thevenin模型、PNGV模型和GNL模型的參數(shù)辨識方法具有尋優(yōu)的過程，但是RC模型的參數(shù)辨識方法沒有優(yōu)化模型參數(shù)的步驟，不能優(yōu)化模型參數(shù)提高分析精度。從模型結(jié)構(gòu)來講，GNL模型可以通過增加中電路元件的方法進(jìn)一步描述電池的電壓變化過程。從參數(shù)辨識角度考察，五種模型的參數(shù)辨識試驗均相同，但PNGV和GNL模型的參數(shù)辨識方法中增加了最優(yōu)時間常數(shù)選取的環(huán)節(jié)，因而提高了復(fù)雜度，但是GNL模型更復(fù)雜。五種電路模型均能考慮SOC和溫度的影響，在影響因素方面沒有差異。本文通過綜合考慮，選取了PNGV模型作為仿真對象，在MATLA

51、B/Simulink中搭建了具體仿真電路并對其進(jìn)行了仿真實驗。4 MATLAB仿真4.1 MATLAB簡介MATLAB最早應(yīng)用于美國學(xué)者Cleve Moler博士早期的線性代數(shù)領(lǐng)域的教授工作。MATLAB是Matrix Laboratory的簡稱，它是由美國Math Works公司生產(chǎn)的一種數(shù)學(xué)軟件，主要包括兩大部分：MATLAB和Simulink。MATLAB根據(jù)其強(qiáng)大的繪圖功能和矩陣運(yùn)算能力、豐富的工具箱以及可視化仿真環(huán)境，迅速成為科研人員得力的應(yīng)用工具。而以Simulink為運(yùn)行環(huán)境的電氣系統(tǒng)模塊Powerlib包含了電路、電力電子和電力系統(tǒng)等常用的仿真模型和元件。其中，如下6個子模塊庫

52、構(gòu)成了電氣系統(tǒng)模塊庫：（1）負(fù)荷模塊庫。包括同步電動機(jī)、水輪機(jī)、異步電動機(jī)、勵磁裝置、永磁同步電動機(jī)等。（2）測量模塊庫。包括電流和電壓測量等。（3）電源模塊庫。包括交流電流源、交直流電壓源、可控電流和可控電壓源等。（4）連接模塊庫。包括母線、中性點(diǎn)等。（5）基本元件模塊庫。包塊互感器、變壓器、斷路器、RCL負(fù)載線路等。（6）電力電子模塊庫。包括理想開關(guān)、二極管、GTO和晶閘管等。綜上可知，MATLAB的電氣系統(tǒng)模塊庫能夠在Simulink中簡單快捷的搭建電路，高效準(zhǔn)確的完成仿真分析，并且完成電壓電流的波形輸和采樣值輸出，同時完成有功功率（無功功率）和功率因數(shù)的測量計算。Matlab/Simu

53、link是設(shè)計和分析復(fù)雜電氣系統(tǒng)的有效方法和手段。4.2 仿真原理圖1 圖4.1 仿真原理圖1在Matlab/Simulink中搭建電路模型，如圖4.1所示，設(shè)置電路中元件的參數(shù)；按照有功功率由電壓電流瞬時值在一個周期的積分構(gòu)成，在這里對電壓電流采樣一個周期，在仿真電路中，電壓測量元件（U）的采樣間隔時間設(shè)置為0.0002S，采樣持續(xù)時間設(shè)置為0.1S，總共采集到500個數(shù)據(jù)。接著，對系統(tǒng)干路、非線性支路和電動汽車負(fù)荷之路電流測量元件進(jìn)行相同的參數(shù)設(shè)置。完成設(shè)置后進(jìn)行仿真運(yùn)行。仿真完后，工作空間里分別得到公共點(diǎn)電壓及系統(tǒng)干路、非線性負(fù)荷、電動汽車負(fù)荷電流的采樣值。將采樣值保存成.txt格式，同

54、時在command window中編程，完成對存儲成.txt格式的電流電壓采樣值進(jìn)行傅立葉變換，然后可獲得電壓、電流的頻譜圖和相位圖。如圖4.2、圖4.3、圖4.4、圖4.5所示，分別對應(yīng)為公共點(diǎn)電壓、系統(tǒng)支路、非線性負(fù)荷支路和電動汽車負(fù)荷電流的原始圖、頻譜圖和相位圖。圖4.2系統(tǒng)公共點(diǎn)電壓U圖4.3 系統(tǒng)干路電流Is圖4.4非線性負(fù)荷支路電流I1圖4.5 電動汽車負(fù)荷支路電流I2在頻譜圖和相位圖利用數(shù)據(jù)光標(biāo)讀取數(shù)據(jù)，即可得到各次諧波電壓電流的幅值和相角值。有功功率的公式為： ( 4-1) 由公式（4-1）可知，根據(jù)得到的各次電壓電流幅值和它們的相角值，可求出各次諧波的有功功率值，所以我們能夠

55、計算出系統(tǒng)發(fā)出的有功功率、非線性負(fù)荷吸收的有功功率、電動汽車負(fù)荷吸收的有功功率。計算結(jié)果如表4.1、表4.2、表4.3所示。表4.1 系統(tǒng)發(fā)出的有功功率諧波次數(shù)電壓有效值（V）電壓相角（rad）系統(tǒng)電流Is（A）電流相角（rad）（rad）各次諧波有功值（W）1248.32-1.537-1.8410.30400.95403.12220.35330.67442.189-1.5150.0562030.40851.662-1.5153.177-0.999440.18121.8191.4500.36900.932750.21621.645-2.7094.344-0.360160.15811.9280.75401.1740.386570.13891.7032.725-1.0220.521780.13201.9170.028111.889-0.312890.10371.8342.038-0.20400.9793100.10791.904-0.86432.768-0.9311表4.2 非線性負(fù)荷吸收有功功率諧波次數(shù)電壓有效值（V）電壓相角（rad）支路電流I1（A）電流相角（rad）（rad）各次諧波有功值（W）1248.32-1.537-1.8560.31900.94952.9684720.35330.67442.189-1.5150.0562030.40851.662-1.5153