畢業(yè)論文-考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線充電優(yōu)化方法

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文 論文題目考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線實時優(yōu)化方法學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號專業(yè)班級電氣工程及其自動化八班學(xué)院名稱電氣與信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長2015年 5月26日摘要當(dāng)大規(guī)模的電動汽車的負(fù)荷接入電網(wǎng)時,要怎么樣在線的實時優(yōu)化電動汽車的充電行為,避免無序的電動汽車充電帶來高峰與高峰而動重疊,將負(fù)荷高峰移至谷成為研究的重點問題。文中首先說明了利用蒙特卡洛法模擬電動汽車充電，預(yù)測電動汽車的充電行為，考慮了常規(guī)優(yōu)化方法需要考慮的電動汽車的一些基本要素。由于電動汽車的充電尤其是大規(guī)模的充電行為有可預(yù)測性以及規(guī)律性,在常規(guī)充電方法中加入了預(yù)測的未入網(wǎng)的電動汽車充電模型,提出考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線實時充電優(yōu)化模型,并通過將一天分為一個個時段進(jìn)行實時優(yōu)化，求解得到電網(wǎng)負(fù)荷的實時優(yōu)化充電曲線。通過建模和仿真,在不同預(yù)測的電動汽車的規(guī)模時,所得出的結(jié)果都要比無序充電的效果要好,并且當(dāng)電動汽車接入電網(wǎng)的規(guī)模越大,所提方法對常規(guī)充電的方法的改善越明顯。關(guān)鍵詞:電動汽車;實時充電優(yōu)化;汽車充電預(yù)測;在線充電優(yōu)化ConsiderelectricVehiclechargingonlinepredictionloadoptimizationAbstractAfteralarge-scaleelectricvehiclesconnectedtothegrid,howtooptimizereal-timechargingpower,avoideveningpeakchargingbringfreedomtoachievevalleyfillinganimportantissue.Thispaperfirstreviewstheconventionalreal-timechargingandelectricvehiclechargingoptimizationmethodstopredicttechnology.Basedelectriccarchargingbehaviorespeciallyintheautomotiveclusterpredictabilityinconventionaloptimizationmethodsaddedchargechargingnetworkpredictionmodelisnotthecar,putthecarintoaccountpredictablereal-timechargingoptimizationmodelandgetthenetworkoptimizationsolutionbyrollingcarReal-timeoptimizationofchargingpower.Throughanalysisandsimulationunderdifferentpredictionaccuracyoftheproposedmethodareveryclosetothetheoreticaloptimumfillthevalley,andelectricvehiclechargingnetworkmoredispersiontime,theproposedmethodforimprovingtheconventionalmethodismoreobvious.Keywords:ElectricVehicle;Real-timechargingoptimization;Vehiclechargingforecasting;Onlinechargingoptimization.1緒論1.1課題背景及意義在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，能源與環(huán)境問題越來越受到人們的重視，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中它們往往是關(guān)鍵的制約因素。對著全世界汽車工業(yè)的高速發(fā)展，私家車的數(shù)量急劇增加，使空氣質(zhì)量受到了進(jìn)一步威脅；燃油需求的增加也加劇了全球的資源枯竭；汽車尾氣的排放使全球氣候變暖加劇。這一系列的環(huán)境生態(tài)問題都在呼喚著新型能源與交通方式的到來，為了解決這些問題，未來的交通工業(yè)必須走上一條節(jié)能環(huán)保的道路，拓寬能源使用的范圍。因此，發(fā)展電動汽車是解決這一問題的最佳途徑。電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車具有極大的區(qū)別，尤其是純電動汽車，不僅可以解決汽車尾氣的排放問題，而且可以綜合利用如風(fēng)能、潮汐能等等的新能源，在源頭上解決了能源枯竭的問題。隨著動力電池技術(shù)的發(fā)展，電動汽車在性能上甚至有可能超越燃油汽車，并由于電動汽車獨(dú)有的經(jīng)濟(jì)性會使得其在全球范圍內(nèi)迅速流行推廣起來。對于電動汽車的研究發(fā)展已經(jīng)成為各國政府以及汽車企業(yè)技術(shù)發(fā)展的主攻方向，并且更是一種核心戰(zhàn)略的競爭力。毫無疑問，電動汽車的研究發(fā)展對我國的節(jié)能減排工作，建立資源節(jié)約型與環(huán)境友好型的社會大有裨益。電動汽車的優(yōu)勢就在于：在它的行駛過程中不會大量排放有害氣體,即使將其在行駛過程中的消耗電量與燃油廢棄物相比仍相差巨大的資源消耗水平,其次，由于電廠位于距離城市較遠(yuǎn)人口密度稀疏的郊區(qū)地帶，因此其污染消耗對于居民傷害比較小,并且發(fā)電廠已有了較為成熟的技術(shù)規(guī)?；刑幚黼娏U棄污染物，因此污染程度進(jìn)一步降低。除此之外，電動汽車的電力來源渠道有許多種，比如太陽能，風(fēng)能等其他清潔能源,這樣不僅緩解了汽車工業(yè)對日益減少的石油資源的過度依賴還可以使電動汽車在夜晚時，電網(wǎng)正處于負(fù)荷低谷時進(jìn)行充電,這樣不僅可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的設(shè)備利用率,還可以通過分時電價降低用戶的充電成本，雙發(fā)都受益。研究表明,電動汽車的能量利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油汽車的能源利用率,因此大力發(fā)展電動汽車將對控制污染和節(jié)約能源排放有巨大的效果，并具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前,市場上電動汽車的種類主要有純電動汽車,混合動力汽車以及燃料電池電動汽車等。純電動汽車完全由電動汽車的電池供給動力,用可重復(fù)充電的蓄電池作為動力設(shè)備,以電動機(jī)來驅(qū)動電動汽車;混合動力汽車是指利用兩種或兩種以上的動力來使電動汽車行駛的電動汽車,目前混合動力汽車一般是由電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)共同驅(qū)動的混合動力汽車，利用電能和汽油共同作為燃料;而可外接充電式的混合動力汽車是擁有電力驅(qū)動,這種類型的汽車同時擁有汽油或柴油內(nèi)燃機(jī),并可以外接電源對電動汽車進(jìn)行在線充電;燃料電池電動汽車是指利用燃料電池作為電動汽車的動力源。目前國內(nèi)外都還沒有一種技術(shù)成熟的電動汽車已經(jīng)達(dá)到了大規(guī)模商用化運(yùn)營的程度。電動汽車的規(guī)?；l(fā)展存在許多急需完善和解決的問題。電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng),一定會對電網(wǎng)造成不利影響。首先,電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)，其充電負(fù)荷會疊加到電網(wǎng)原有負(fù)荷，增大了電網(wǎng)的總負(fù)荷。其次,如果不對電動汽車的充電行為加以控制,電網(wǎng)功率的最大負(fù)荷和電網(wǎng)的損耗會急劇增加,電動汽車的無序充電會影響電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，還會影響效率，造成浪費(fèi)。所以要對電動汽車充電過程加以控制和優(yōu)化,使電網(wǎng)負(fù)荷曲線平滑,降低峰值負(fù)荷以及負(fù)荷的方差,從而減輕電網(wǎng)設(shè)備的壓力,提高電力系統(tǒng)設(shè)備的利用率,提高電網(wǎng)供電可靠性,降低損耗,延緩?fù)顿Y，具有經(jīng)濟(jì)效益。通過實時監(jiān)測電動汽車的充電行為,包括電動汽車開始充電時間以及充電的持續(xù)時間、充電電流、進(jìn)行充電功率的大小,電池的剩余電量等信息,同時通過控制電網(wǎng)設(shè)備來調(diào)節(jié)充電時間和充電功率的大小,因此利用電網(wǎng)的控制設(shè)備來控制充電時的充電功率是可以實現(xiàn)的。我們可以根據(jù)電網(wǎng)的用電負(fù)荷情況優(yōu)化電動汽車的充電行為,因為充電功率是可控的，且可以通過分時電價進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著動力電池技術(shù)的不斷提高,電動汽車對電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生越來越顯著的影響。電動汽車充電對電網(wǎng)的影響存在著三種情況：其一，當(dāng)線路的負(fù)荷較少時也就是當(dāng)處于低谷時，一定數(shù)量的電動汽車接入電網(wǎng)將會提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，使電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益更好，同時有利于減少電網(wǎng)的峰谷之間的差值,提高設(shè)備利用率,降低運(yùn)營成本；但是當(dāng)電動汽車數(shù)量較多時，由于電動汽車的負(fù)荷較多較大，使電網(wǎng)的負(fù)荷增加，導(dǎo)致線路的電流增大，負(fù)載過重，損耗增加，從而讓線路的運(yùn)行有經(jīng)濟(jì)運(yùn)營效益下降。其二，大規(guī)模的電動汽車充電負(fù)荷接入電網(wǎng)會影響電網(wǎng)線路的電壓，會影響其他用戶用電。最后，隨著電動汽車數(shù)量增加，無序的電動汽車充電會對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，要對對其加以引導(dǎo)和優(yōu)化。如果不對電動汽車的充電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié),將會導(dǎo)致電網(wǎng)的供給與需求之間產(chǎn)生不平衡、形成另一個新的負(fù)荷峰值、使損耗增加。不僅使得電網(wǎng)公司增加投資，降低了電氣設(shè)備利用率,降低了經(jīng)濟(jì)性,并且對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行造成不利影響。因此,要有優(yōu)化方法,通過在線實時將電動汽車與電網(wǎng)進(jìn)行信息交換,對電網(wǎng)中充電的以及即將進(jìn)行充電的電動汽車的控制優(yōu)化,優(yōu)化當(dāng)大規(guī)模的電動汽車充電時,起到削峰填谷的作用,減少負(fù)荷方差,提高電氣設(shè)備利用率,同時提高電網(wǎng)的可靠性。因此,了解電動汽車充電對電網(wǎng)影響,研究電動汽車的實時在線充電優(yōu)化方案,具有積極的意義和實用性。1.2當(dāng)前研究現(xiàn)狀作為清潔能源汽車的代表,電動汽車近年得到了快速發(fā)展。在電動汽車數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后,如果任由其無序充電將對電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響,引發(fā)電能質(zhì)量下降、甚至危及電網(wǎng)穩(wěn)定性等一系列的問題。因此,電動汽車的在線充電優(yōu)化方法的研究得到關(guān)注。1.2.1時段控制策略典型思路是將充電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到常規(guī)負(fù)荷的低谷時段,在滿足汽車充電需求的同時,減弱其充電影響。但電動汽車充電的同時受電網(wǎng)和人類行為的影響，因此在線充電方法需同時滿足電網(wǎng)和用戶兩方面的需求：既要為用戶提供充足的電力，又要盡可能地降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。研究表明,這種通過時段控制的策略方法不僅能有效減少無序充電造成的電能質(zhì)量下降和網(wǎng)損,而且能使電網(wǎng)總負(fù)荷曲線實現(xiàn)削峰填谷,增加電網(wǎng)運(yùn)行效益等優(yōu)點。在軟硬件設(shè)施尚不具備的條件下,政府的激勵政策,對于引導(dǎo)用戶避峰充電將會是一種易行、有效的調(diào)控措施。根據(jù)目前國內(nèi)移峰填谷的時段劃分思想,電動汽車在夜間和白天的停車時間進(jìn)行充電。夜間充電通常指的是晚上06:00左右到次日08:00點左右,這段期間,由于居民用電習(xí)慣,負(fù)荷仍然存在峰谷特性。由于車主充電習(xí)慣,不受控下電動汽車充電負(fù)荷將疊加在晚高峰上,造成更大的負(fù)荷高峰。因而通過時段控制優(yōu)化,避免晚高峰,并進(jìn)行填谷。1.2.2分時電價需求側(cè)管理(DemandSideManagement.DSM)是近年來興起的調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷的一種方式。分時電價是指根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷變化情況，將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，鼓勵用電客戶合理安排用電時間，削峰填谷，提高電力資源的利用效率。通過價格信號,引導(dǎo)用戶在合適的用電時間和方式進(jìn)行用電,可以使用電負(fù)荷曲線得到優(yōu)化,同時可以降低電網(wǎng)的峰值負(fù)荷,形成對參與方都可以受益的一種電力消費(fèi)模式。DSM在國外已經(jīng)進(jìn)行了深度的研究與應(yīng)用開發(fā),而其中“削峰填谷”就是DSM的目標(biāo)之一。分時電價是一種相對來說比較有效的用電需求側(cè)的管理手段,為使用電客戶改變用電時間以及用電方式,達(dá)到所想要的“移峰填谷”的效果,即降低電網(wǎng)高峰時刻的負(fù)荷和峰谷的差值,優(yōu)化電網(wǎng)功率曲線,使電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性提高而采取的一種經(jīng)濟(jì)手段。通俗的來說,分時電價就是將一天按照電網(wǎng)的負(fù)荷曲線的相對的高峰低谷劃分成三種時段,并將三種電價與之對應(yīng)。顯然在高峰時段的電價相對較高,低谷時段的電價較低,這樣來引導(dǎo)用戶改變用電時間和方式。同時,峰谷時段的合理劃分有利于使分時電價發(fā)揮作用。當(dāng)前針對電動汽車接入電網(wǎng)進(jìn)行充電的分時電價的研究相對較少。分時電價主要是在時間上對電動汽車的充電進(jìn)行引導(dǎo)，給電網(wǎng)以減輕壓力。如果沒有好的峰谷電價策略，那么分時電價就沒有應(yīng)用的意義。所以峰谷時段的劃分與分時電價緊密聯(lián)系，發(fā)揮不同時間電價不同的作用。1.2.3日前優(yōu)化日前優(yōu)化時,汽車入網(wǎng)時間和充電需求難以確知,需進(jìn)行日前預(yù)測常用做法是利用以前的交通數(shù)據(jù)庫分析它們的概率分布函數(shù)并獲取特征參數(shù),在此基礎(chǔ)上優(yōu)化汽車未來幾個小時的充電功率。電動汽車的充電功率需求是建立在當(dāng)前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計上，根據(jù)智能的信息系統(tǒng)分析得出來的。不同地方的電動汽車充電特點可能會有不同，與當(dāng)?shù)氐某鞘泄δ芊謪^(qū)、城市的發(fā)展程度等因素有關(guān),但根據(jù)統(tǒng)計以及智能信息系統(tǒng)可以得到其模型。因此,當(dāng)電動汽車大規(guī)模規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)時，要對電網(wǎng)各個方面信息進(jìn)行收集，做出正確評價,收集更具體的數(shù)據(jù)結(jié)果，工作得更加細(xì)致具體。1.2.4實時在線優(yōu)化目前的在線充電優(yōu)化常使用“滾動式”法,它與日前優(yōu)化的不同點在于:第一,電網(wǎng)在每個時刻只考慮當(dāng)前接入電網(wǎng)的電動汽車的充電信息,來進(jìn)行實時在線優(yōu)化，可以確定其優(yōu)化的是已經(jīng)入網(wǎng)的電動汽車;第二,優(yōu)化時只設(shè)定當(dāng)前實時的充電功率,而沒有將未來即將進(jìn)行的充電功率考慮進(jìn)來。1.3在線充電的類型為了研究電動汽車在線充電的優(yōu)化方法，勢必首先要了解電動汽車的在線充電模式。何謂“在線充電”？在線充電是在運(yùn)行線路上為電動車輛進(jìn)行不影響車輛運(yùn)行的充電模式。在線充電模式不僅要滿足電動汽車用戶的需求，還要考慮動力電池特性,同時使電網(wǎng)側(cè)的要求達(dá)到。目前主要有常規(guī)充電、快速充電和電池組快速更換系統(tǒng)三種模式。1.3.1．常規(guī)充電常規(guī)充電模式的充電時間較長,一般4-8小時可以充滿,但有些會達(dá)到十幾個小時。電動汽車的充電一般采取恒流或小電流的恒壓進(jìn)行充電。通過接入分布在居民小區(qū)、購物商場、充電站等地方的電源進(jìn)行充電，連接好電源即可進(jìn)行充電。該種方式的充電功率較小，電流一般在15A,因此主要在電動汽車長時間不使用的情況下進(jìn)行電量補(bǔ)充。常規(guī)充電優(yōu)點就有充電便利，要求的電源比較容易取得，在一般場所都可以獲得，完成所需求的充電，同時相對減少對電網(wǎng)的沖擊。充電時間較長，有利于優(yōu)化。且充電設(shè)備容易得到，電網(wǎng)南側(cè)的建設(shè)成本也較低，不需大量投資。特別適合私家車的日常充電補(bǔ)充。1.3.2．快速充電快速充電指的是在較短時間內(nèi)（通常為十幾分鐘）用大電流對電動汽車進(jìn)行電量補(bǔ)充?？焖俪潆姷某潆姇r間相對較短，主要是應(yīng)急充電，滿足電動汽車用戶在一天內(nèi)的行駛過程中的急需充電，同時又不影響電動汽車的運(yùn)行?？焖俪潆娔軡M足用戶續(xù)航功能，適合停泊時間較短、需要應(yīng)急急需充電的電動汽車、公交車和出租車等?？焖俜椒ㄅc常規(guī)充電方式比較，快速充電對電網(wǎng)具有更高的要求，對電網(wǎng)的沖擊更大，增加了電力系統(tǒng)的壓力。而且快速充電站的建設(shè)成本也相比而言較高。但是由于快速充電的方便快捷，為電動汽車的大規(guī)模運(yùn)行提供了保障。1.3.3．電池組快速更換電池組快速更換，是一種快速更換蓄電池的方式。電動汽車在電池電量即將耗盡時進(jìn)入電站更換上已經(jīng)充滿電的蓄電池組?？焖俑鼡Q利用專業(yè)的設(shè)備，電池的更換在幾分鐘內(nèi)就可以完成，和一般的加油充電的時間相差不大，適合公交車、出租車等要求運(yùn)營時間長，停車時間短的車輛的電能補(bǔ)給。電站將一段時間內(nèi)的蓄電池收集起來集中轉(zhuǎn)運(yùn)到專業(yè)的充電場所進(jìn)行充電，充滿后再運(yùn)回來。快速更換提高電動汽車的使用效率，使電動汽車的使用更加方便快捷，電站可以將電池在低谷時段進(jìn)行充電，可以降低運(yùn)營成本?？焖俑鼡Q同時提高了車輛運(yùn)行效率。但快速換電要將電池的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，同時還要考慮電池的儲存與保管的問題。但總的來說快速更換電池組是一種比較理想的充電方式。1.4電動汽車充電負(fù)荷的預(yù)測預(yù)測電動汽車充電負(fù)荷是電網(wǎng)側(cè)對用戶側(cè)的一種建模與分析。聯(lián)系著用戶側(cè)與電網(wǎng)側(cè)，預(yù)測負(fù)荷影響建模的因素有很多，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性。建立電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測的系統(tǒng)具有實際意義。既可以有以往的充電數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測，又可以由用戶輸入電動汽車充電數(shù)據(jù)、充電設(shè)施數(shù)據(jù)以及根據(jù)調(diào)研的結(jié)果數(shù)據(jù)，多方面的考慮結(jié)合，利用智能信息系統(tǒng)，可以將電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測。1.4.1考慮用戶行為的電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測用戶行為是影響電動汽車充電負(fù)荷的關(guān)鍵因素，且其具有較大的隨機(jī)性。一天內(nèi)，充電起始時刻和電池起始荷電狀態(tài)影響電動汽車充電負(fù)荷的時序分布規(guī)律，考慮這２個因素的概率分布，建立電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測模型。用戶的行為習(xí)慣包含以下幾點：①充電開始時間。由于電動汽車用戶行為習(xí)慣不同，不同的時間開始充電選擇將對電網(wǎng)產(chǎn)生不一樣的影響。許多研究表明，要是能夠采取有效的方法引導(dǎo)電動汽車用戶充電，利用控制策略，可以使電網(wǎng)的高峰移至低谷，達(dá)到“移峰填谷”的效果。若電動汽車負(fù)荷開始充電相對較集中，那么電網(wǎng)所承擔(dān)的負(fù)載就越大，需要提供的功率也越大，將對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。②持續(xù)充電時間。持續(xù)充電的時間由開始充電時的剩余電量，電池的容量以及充電功率的大小等因素共同影響決定。③充電次數(shù)。充電的頻率會影響到電動汽車電池的使用壽命，一天一次的充電頻率能基本滿足電動汽車用戶的正常使用需求。④充電的程度。將電池電量充滿為止還是方便使用，這也將對電動汽車充電負(fù)荷產(chǎn)生影響，這屬于隨機(jī)行為。1.4.2考慮時空分布的預(yù)測電動汽車充電負(fù)荷把電動汽車每日行駛距離、每天停放的時間地點分布特性作為突破口，分析每輛電動汽車的充電需求。同時利用蒙特卡洛模擬方法，將大規(guī)模電動汽車在不同時間、不同地點的停放和充電習(xí)慣進(jìn)行模擬仿真，預(yù)測電動汽車充電在時空上的分布特點。首先，我們可以預(yù)測地區(qū)未來電動汽車的總數(shù)量，將該地區(qū)分為不同的城市功能分區(qū)，根據(jù)各區(qū)域分區(qū)的不同類型及其停車行為習(xí)慣，得到預(yù)測地區(qū)停車充電的時空分布。然后，根據(jù)預(yù)測地區(qū)電動汽車駕駛習(xí)慣與充電的時空分布特點，建立電動汽車充電需求的負(fù)荷模型，使用蒙特卡洛方法模擬各功能分區(qū)的電動汽車的停放以及充電習(xí)慣等行為，得到功能分區(qū)的電動汽車充電負(fù)荷在時間上的分布。1.5論文主要內(nèi)容本論文以電動汽車大量接入后的智能電網(wǎng)為背景,首先分析了目前智能電網(wǎng)及電動汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,討論了現(xiàn)階段的充電優(yōu)化方法和電動汽車在線充電方法以及建立電動汽車充電模型。主要考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線實時優(yōu)化充電方法。通過分時電價的作用，使用戶的充電行為受到一定的引導(dǎo)。在當(dāng)前常規(guī)實時充電優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上,加入電動汽車預(yù)測負(fù)荷的信息,提出了考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的實時在線充電優(yōu)化方法:在一個時間段內(nèi),電網(wǎng)通過監(jiān)測以及模擬出來的當(dāng)前充電的電動汽車信息與未來即將接入電網(wǎng)的電動汽車充電行為的預(yù)測信息形成充電預(yù)測模型,將預(yù)測負(fù)荷模型加入到實時的電動汽車的在線優(yōu)化模型中,得到優(yōu)化后的電網(wǎng)負(fù)荷曲線，使當(dāng)前入網(wǎng)的電動汽車按照當(dāng)前優(yōu)化充電曲線進(jìn)行充電。這種優(yōu)化方法不僅滿足當(dāng)前入網(wǎng)的充電要求，同時兼顧到將要入網(wǎng)的電動汽車的充電。當(dāng)電動汽車的規(guī)模越大是，優(yōu)化的效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益越好。2基于蒙特卡洛法的電動汽車充電負(fù)荷的預(yù)測2.1蒙特卡洛法蒙特卡洛法（Monte

Carlo

method），也稱統(tǒng)計模擬方法。它是一種以概率統(tǒng)計學(xué)理論為指導(dǎo)依據(jù)的一種非常重要的數(shù)值計算方法。利用隨機(jī)數(shù)（或偽隨機(jī)數(shù)）來實際解決很多計算模擬的問題的方法。隨機(jī)數(shù)是實現(xiàn)蒙特卡洛模擬的基本工具。在利用蒙特卡洛方法解決實際應(yīng)用問題的時候主要有兩步工作：首先在利用蒙特卡洛方法模擬一個實際過程時，需要隨機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，產(chǎn)生隨機(jī)變量。然后用數(shù)字特征估計用統(tǒng)計方法將模型表達(dá)出來，從而得到解決問題的數(shù)值解。當(dāng)所需要求解的問題是一種概率問題，或是是希望求得期望值，這時可以通過某種"實驗"的方法，用實驗所得到的頻率去估算隨機(jī)事件所產(chǎn)生的概率，將所需要的數(shù)據(jù)其作為問題的解是蒙特卡洛法解決問題的基本思想。蒙特卡洛方法的解題過程可以歸納為三個步驟:描述和構(gòu)建概率模型;實現(xiàn)從已知概率分布抽樣;建立各種估計量。(1)描述和構(gòu)建概率模型對于本身就是隨機(jī)的問題，如微觀粒子運(yùn)動問題，主要是正確描述并模擬這個運(yùn)動的過程，對于本來不具有隨機(jī)性的有確定解問題，就必須事先構(gòu)造一個人為的概率過程，那么它的某些參量正好是所要求問題的解。即要將不具有隨機(jī)性質(zhì)的問題轉(zhuǎn)化為隨機(jī)性質(zhì)的問題。(2)實現(xiàn)從已知概率分布抽樣構(gòu)造了概率模型以后，由于各種概率模型都可以看作是由各種各樣的概率分布構(gòu)成的，因此產(chǎn)生已知概率分布的隨機(jī)變量(或隨機(jī)向量)，就成為實現(xiàn)蒙特卡羅方法模擬實驗的基本手段，這也是蒙特卡羅方法被稱為隨機(jī)抽樣的原因。最簡單、最基本、最重要的一個概率分布是(0，1)上的均勻分布(或稱矩形分布)。隨機(jī)數(shù)就是具有這種均勻分布的隨機(jī)變量。隨機(jī)數(shù)序列就是具有這種分布的總體的一個簡單子樣，也就是一個具有這種分布的相互獨(dú)立的隨機(jī)變數(shù)序列。產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的問題，就是從這個分布的抽樣問題。在計算機(jī)上，可以用物理方法產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，但價格昂貴，不能重復(fù)，使用不便。另一種方法是用數(shù)學(xué)遞推公式產(chǎn)生。這樣產(chǎn)生的序列，與真正的隨機(jī)數(shù)序列不同，所以稱為偽隨機(jī)數(shù)，或偽隨機(jī)數(shù)序列。不過，經(jīng)過多種統(tǒng)計檢驗表明，它與真正的隨機(jī)數(shù)，或隨機(jī)數(shù)序列具有相近的性質(zhì)，因此可把它作為真正的隨機(jī)數(shù)來使用。由已知分布隨機(jī)抽樣有各種方法，與從(0,1)上均勻分布抽樣不同，這些方法都是借助于隨機(jī)序列來實現(xiàn)的，也就是說，都是以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)為前提的。由此可見，隨機(jī)數(shù)是我們實現(xiàn)蒙特卡羅模擬的基本工具。(3)建立各種估計量一般說來，構(gòu)造了概率模型并能從中抽樣后，即實現(xiàn)模擬實驗后，我們就要確定一個隨機(jī)變量，作為所要求的問題的解，我們稱它為無偏估計。建立各種估計量，相當(dāng)于對模擬實驗的結(jié)果進(jìn)行考察和登記，從中得到問題的解。2.2電動汽車大規(guī)模充電功率需求的模型在一定的規(guī)模下電動汽車充電功率有一定規(guī)律，用戶的充電習(xí)慣、電動汽車的電池容量、充電設(shè)施等因素影響著電動汽車的電力需求。其中，電池的容量的大小決定電動汽車用戶的充電次數(shù)的多少，若汽車電池容量越小，則電動汽車用戶充電的次數(shù)越多。充電電力設(shè)施功率等級同時也影響著電池的充電功率，充電設(shè)施可按照不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分為不同等級，如SAEJ1772—2001將充電設(shè)施劃分為AC120V/12A、AC240V/32A、DC600V/400A3個等級。同時，國家電網(wǎng)和以及其他電動汽車的相關(guān)退崗組織與機(jī)構(gòu)也在構(gòu)建電動汽車的電池的標(biāo)準(zhǔn)化的建立，可以看到在未來電動汽車大規(guī)模的應(yīng)用時電動汽車的容量不會是電動汽車發(fā)展的制約因素。同時，充電設(shè)施的配置比例也會影響充電行為的時間分布，可以看出電動汽車的充電具有時間和空間的雙重可控性。比如用戶利用電動汽車在上班和回家的途中使用，當(dāng)居住地點與工作地點停車的地方都有可以使用的充電設(shè)備，那么就有可能形成兩個充電高峰期，一個是到上班地點后進(jìn)行充電，一個是回到家中后進(jìn)行充電。以上情形具有隨機(jī)性，充電用戶的行為影響著對電網(wǎng)側(cè)的需求，更具有隨機(jī)性。而電動汽車用戶行為主要包括充電開始時刻、每日行駛距離以及開始充電時所剩余的電量3個方面。加入電動汽車用戶充電開始的時間越集中，那么電網(wǎng)側(cè)所需要提供的功率就越大；而每日行駛距離反映出用戶當(dāng)天電量的消耗，在一定充電功率下，行駛里程與充電持續(xù)時間相關(guān)。因此電動汽車的充電行為以及充電需求都可以利用蒙特卡洛法等效為一個概率模型。電動汽車充電功率、開始充電時刻、日行駛里程和電池電量影響電動汽車充電功率對時間的分布情況，本文將考慮這3個因素的概率分布，建立1天內(nèi)電動汽車的功率需求模型。而且，對于整個大環(huán)境來說，占最大比重的是普通的私家車，這類電動汽車的充電顯然對電網(wǎng)的影響最大，同時可以認(rèn)為這類汽車的充電方式為常規(guī)沖電，根據(jù)GB/T3730.1—2001，汽車可以分為商用車和乘用車2大類。公交車、出租車等商用車通常運(yùn)營時間長和有固定停放場所，其充電需求也可預(yù)計為較為固定的模式，而乘用車無論在行駛里程或用戶充電行為上都更具隨機(jī)性和靈活性?？紤]其行駛特性。因此本文主要以私家車的常規(guī)充電方式為主的充電負(fù)荷需求的預(yù)測與研究。2.3電動汽車充電功率需求的建模方法2.3.1條件假設(shè)依據(jù)以上分析，很多不確定因素會影響電動汽車充電行為?？紤]到目前實際的電動汽車的發(fā)展趨勢與情況，本文私家車的充電行為做出以下假設(shè)：1）百km的小耗電量為15kW?h。2）最后一次返回后電動汽車就開始充電。3）所有電動汽車車輛采取0.1C恒定的電流進(jìn)行充電。4）每次返回后充電都將盡量充滿。5）開始充電時間、日行駛距離、充電功率等因素互為獨(dú)立隨機(jī)變量。開始充電的時刻取決于電動汽車用戶的行車習(xí)慣，根據(jù)來自2001年美國交通部對全美家用車輛的調(diào)查結(jié)果（NFTS）統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)電動汽車用戶的行為習(xí)慣，可以假設(shè)車主在返回后就開始充電，可以發(fā)現(xiàn)在沒有約束和限制的條件下，電動汽車的充電會存在一個充電高峰，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。對圖一進(jìn)行數(shù)學(xué)方法處理，利用歸一化和極大似然法進(jìn)行擬合處理，可以得到電動汽車在無序充電的情況下開始充電時刻的概率分布為類正態(tài)分布型，得到的結(jié)果如下圖2：圖2電動汽車開始充電時刻擬合曲線充電開始時刻的具體概率密度表達(dá)式為（記充電開始時刻為Ts）：（2.1）式中=17.6，=3.4。2.3.2日行駛里程及充電持續(xù)時間概率模型依據(jù)NFTS對私家車每日行駛里程的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以得到如下圖3：圖3NFTS數(shù)據(jù)結(jié)果（每日私家車行駛里程數(shù)的概率分布）電動汽車的行駛里程與電動車電池剩余電量以及需要充電的時間有直接關(guān)系，這里忽略城市的交通擁堵等因素對電動汽車的行駛里程造成的影響。根據(jù)前面的假設(shè)，可以將電動汽車充電所需要消耗的時間估計為： (2.2)其中為充電的時間長度，單位為小時；S為電動汽車每日行駛里程，單位千米；W為每百公里的耗電量，單位為kW?h每百公里；為電動汽車充電功率，單位kW?？梢匀〉玫母怕拭芏鹊臄M合曲線圖4： 圖4電動汽車充電時間的概率模型電動汽車的充電時間的概率密度函數(shù)表達(dá)式為：（2.3）其中，，。2.2.3電動汽車充電功率需求的概率模型當(dāng)確定了電動汽車的開始充電時刻和需要充電時間的概率分布的規(guī)律后，就可以對一輛電動汽車的24小時的充電功率需求的期望值利用蒙特卡洛模擬法進(jìn)行模擬。為了求得單輛電動汽車在一天的某個時刻的充電行為。設(shè)定隨機(jī)變量為1時，表示為電動汽車正在充電；當(dāng)隨機(jī)變量為0時，表示電動汽車已充好電或沒有開始充電。其概率滿足以下式： （2.4）（2.5）其中：為電動汽車充電的開始時刻和電動汽車充電時間長度的聯(lián)合概率分布函數(shù)，根據(jù)前面假設(shè)這2個隨機(jī)變量之間是相互獨(dú)立的，則=，其中和分別為電動汽車充電的開始時刻和電動汽車的充電時長的概率分布函數(shù)。則電動汽車的充電負(fù)荷在1天中時刻的功率需求為，則的概率分布滿足下面式子： （2.6） （2.7）由于聯(lián)立上述式子沒有解析解，所以將利用蒙特卡洛法模擬出一臺電動汽車在一天內(nèi)的充電功率需求的期望，選取樣本點10000個，重復(fù)5次，得到下圖結(jié)果圖5：圖5單輛電動汽車24小時的充電功率期望但是單輛電動汽車的充電功率期望只能表示這輛車在該時刻的充電的可能性的大小，只有當(dāng)大規(guī)模的電動汽車接入電網(wǎng)時，利用電動汽車充電功率的期望與車輛的臺數(shù)相乘，得到該時刻的電動汽車的充電負(fù)荷的功率。當(dāng)電動汽車數(shù)量為30萬時其充電負(fù)荷曲線如圖6：圖6大規(guī)模電動汽車充電功率曲線從圖6可以看出，在沒有限制和引導(dǎo)下的電動汽車在充電時一天內(nèi)的負(fù)荷有明顯的規(guī)律，在晚上7點至八點之間達(dá)到峰值。2.2.4電動汽車電池電量概率模型電動汽車的電池電量含有充電之前的剩余電量和在電站充電結(jié)束后的電池電量。某品牌的有關(guān)電池電量的充電之前的剩余電量以及當(dāng)充電結(jié)束后的電池電量的調(diào)研結(jié)果如圖7和圖8：圖7充電起始時電池電量圖8充電結(jié)束時的電池電量由圖可知用戶一般會在當(dāng)電池電量剩余百分之二十至百分支五十之間進(jìn)行充電行為，而有百分之七十六的用戶會將電量充滿，有百分之十五的用戶將電量充之百分之九十至一百之間。2.3電動汽車大規(guī)模充電負(fù)荷對電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響當(dāng)確定一個城市的電動汽車的總數(shù)以及電網(wǎng)原來的總的負(fù)荷情況時，可以利用蒙特卡洛法對當(dāng)電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)進(jìn)行充電時，電動汽車的充電功率負(fù)荷對原來的電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行仿真與疊加，從而定量的評估當(dāng)電動汽車大規(guī)模充電時對當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)的影響作用。接下來以國內(nèi)外兩座大城市作為例子，進(jìn)行當(dāng)電動汽車大規(guī)模充電負(fù)荷對電網(wǎng)的原始負(fù)荷的疊加效果的模擬。選擇國內(nèi)B市、國外S市兩座現(xiàn)代化程度較高的國際化大城市為研究對象，兩座大都市都具有比較大的人口數(shù)量和汽車數(shù)量，并且城市的交通道路發(fā)達(dá)，城市基礎(chǔ)設(shè)施較好，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定合理，具有很好的電動汽車應(yīng)用與推廣的基礎(chǔ)。以B市和S市的最初的日負(fù)荷曲線為原始的用電負(fù)荷曲線，在不同電動汽車充電負(fù)荷的規(guī)模下的實際電網(wǎng)負(fù)荷功率情況如圖9和圖10：圖9B市電動汽車在不同規(guī)模下充電負(fù)荷對原始電網(wǎng)負(fù)荷的影響圖10S市電動汽車在不同規(guī)模下充電負(fù)荷對原始電網(wǎng)負(fù)荷的影響分析圖9和圖10可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一定數(shù)量的電動汽車充電負(fù)荷同時接入電網(wǎng)時，提高了原有電網(wǎng)的負(fù)荷高峰，使電網(wǎng)的壓力增加。在沒有電動汽車充電負(fù)荷存在時，電網(wǎng)負(fù)荷的原有用電高峰大概出現(xiàn)在下午6點左右，下午6點左右是原有負(fù)荷使用開始的高峰時段，在這個時間段里用電量增大，而根據(jù)電動汽車用戶無序時的充電行為，充電汽車的充電也將會集中在這一時期進(jìn)行充電，這樣會造成電網(wǎng)原有負(fù)荷與電動汽車充電負(fù)荷相疊加，形成“峰上加峰”的情況。同時原來電網(wǎng)負(fù)荷的低谷也正好與電動汽車負(fù)荷的充電低谷相互重合起來，因而導(dǎo)致負(fù)荷的峰谷差將會不斷增大。當(dāng)電動汽車的數(shù)量規(guī)模的增大，這個距的影響越來越大越來越明顯。電動汽車負(fù)荷充電的負(fù)荷高峰時段極有可能對原來電網(wǎng)的負(fù)荷高峰時段重疊在一起，這將意味著電動汽車的大規(guī)模的充電需求將會使電網(wǎng)的最大負(fù)荷值增高。為避免電動汽車這一負(fù)面效應(yīng)，必須采取優(yōu)化方法和用戶需求側(cè)的管理等一些方法控制電動汽車充電的隨機(jī)性。在進(jìn)行模擬計算時，都是將整個區(qū)域的負(fù)荷曲線為基礎(chǔ)。實際電網(wǎng)運(yùn)行時，電動汽車充電負(fù)荷可能集中于若干條居民區(qū)的供電線路，大規(guī)模充電負(fù)荷對這些供電線路負(fù)荷曲線的影響無疑將更加顯著。3電動汽車充電的時段控制策略以及在線優(yōu)化時考慮的目標(biāo)3.1電動汽車充電的時段控制策略傳統(tǒng)的調(diào)峰手段是利用調(diào)峰電廠、抽水蓄能電站和少量的用戶側(cè)響應(yīng)等方式進(jìn)行，效果不是十分理想。當(dāng)大規(guī)模電動汽車充電負(fù)荷接入后，通過少數(shù)的調(diào)峰調(diào)頻電廠的作用對整個電網(wǎng)的峰谷特性沒有很大的影響。因此，必須通過有效的優(yōu)化方法或者一些時段控制策略來引導(dǎo)調(diào)整電動汽車用戶的充電行為，達(dá)到優(yōu)化充電的效果，以此來緩和電網(wǎng)負(fù)荷曲線。電動汽車的時段控制策略主要有分時電價和與用戶簽訂協(xié)議。本文主要是考慮電價引導(dǎo)的方式進(jìn)行策略優(yōu)選和電動汽車充電負(fù)荷的預(yù)測。通過制定不同的時段的電價引導(dǎo)電動汽車用戶進(jìn)行充電時間的選擇，進(jìn)而達(dá)到緩和用電負(fù)荷曲線的效果。分時電價，是指根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線的變化將一天分成多個時間段，對不同時間段的負(fù)荷或電量，按不同的價格計費(fèi)的電價制度。峰谷電價是“電力需求側(cè)管理”的一種重要手段，也是引導(dǎo)電力用戶進(jìn)行合理分時段用電的基本方式。實施分時電價，可以發(fā)揮電價的調(diào)節(jié)作用，可以減少高峰時段的用電量，又能提高用電低谷時段負(fù)荷，從而提高整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性經(jīng)濟(jì)效益，從而平緩電網(wǎng)負(fù)荷曲線。通過分時電價這種時段控制策略，引導(dǎo)用戶在用電高峰時段減少沒有必要的用電，將該部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低谷時段進(jìn)行。為引導(dǎo)電動汽車用戶在低谷負(fù)荷時段充電,采取峰、平、谷電價按5:3:1的比例的分時電價進(jìn)行模擬計算。表1電網(wǎng)分時電價時段劃分和電動汽車充電電價設(shè)置假設(shè)在分時電價的指導(dǎo)下，有比例的用戶受電價引導(dǎo)影響，該部分的用戶選擇開始充電時刻從用電高峰時間轉(zhuǎn)移到用電低谷時段?？梢越o出以下假設(shè)條件：（1）電動汽車用戶使用時間和行駛習(xí)慣不受分時電價影響，即充電持續(xù)時間仍按式（2.3）分布；（2）電動汽車充電用戶都是理性的，即希望在電價便宜的低電價時段將所需電量充滿；（3）電動汽車充電用戶每次在選擇開始充電時刻時都已知電池充滿需要多長的充電持續(xù)時間（4）不考慮突然發(fā)生的事件對車主充電時刻的選擇。3.2在線優(yōu)化時考慮的目標(biāo)3.1.1電網(wǎng)側(cè)的充電目標(biāo)大規(guī)模的電動汽車無序充電,勢必會使原來的常規(guī)電網(wǎng)負(fù)荷“峰上加峰”。如果采取分時電價對電動汽車的充電負(fù)荷進(jìn)行引導(dǎo),制定有效的充電控制策略,使其電網(wǎng)充電負(fù)荷相對較低的時間段進(jìn)行充電,這將會對電網(wǎng)的負(fù)荷起到“移峰填谷”的積極作用?！跋鞣逄罟取奔礈p小峰谷差,減小電網(wǎng)負(fù)荷曲線方差。圖11模擬負(fù)荷曲線及負(fù)荷平均值若兩條模擬負(fù)荷曲線在相同的時間T內(nèi)總的消耗功率相同，即：（3-1）則兩條負(fù)荷曲線在相同時間T內(nèi)產(chǎn)生的為有功功率的損耗差：（3-2）因此，，當(dāng)且僅當(dāng)才能成立。這說明在相同的時間內(nèi)兩條負(fù)荷曲線在總的消耗電量相同情況下，恒定負(fù)荷曲線所導(dǎo)致的損耗最小，當(dāng)然在現(xiàn)實生活中不可能出現(xiàn)恒定負(fù)荷曲線，這是理想化的曲線。但我們將盡量使負(fù)荷曲線平緩，這也是優(yōu)化的目標(biāo)，達(dá)到移峰填谷的效果。因此引入變差概念來分析不同形狀的負(fù)荷曲線對損耗的影響。負(fù)荷曲線P(t)的方差可表示為：（3-3）將式（3-3）代入（3-2）中可得： （3-4）由式（3-4）可知，即負(fù)荷曲線越平滑，電網(wǎng)負(fù)荷的方差的值越小，對電網(wǎng)的影響損耗越小。因此在進(jìn)行優(yōu)化的時候，要產(chǎn)生電荷曲線“削峰填谷”的效果，使電網(wǎng)負(fù)荷曲線平滑。合理優(yōu)化電動汽車充電，使其充電負(fù)荷平緩電網(wǎng)的負(fù)荷曲線波動。因此，優(yōu)化方法將降低峰值的負(fù)荷和減小電網(wǎng)負(fù)荷曲線作為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，同時考慮將電動汽車的預(yù)測負(fù)荷加入到其中進(jìn)行優(yōu)化。假設(shè)第i輛電動汽車充電前，電網(wǎng)總負(fù)荷為,第i輛電動汽車負(fù)荷為，則第i輛電動汽車充電后，加上電動汽車預(yù)測的充電負(fù)荷，總負(fù)荷為,即：(3-4)因此，電網(wǎng)的峰值負(fù)荷和負(fù)荷曲線方差的函數(shù)表達(dá)式分別為： (3-5) (3-6)其中表示方差，表示當(dāng)?shù)趇臺電動汽車進(jìn)行充電后電網(wǎng)的負(fù)荷方差，表示最大值，表示當(dāng)?shù)趇臺電動汽車進(jìn)行充電后電網(wǎng)負(fù)荷的功率的最大值。優(yōu)化方法的約束條件中時間約束條件： （3-7） （３-8） （3-9）3.1.2用戶側(cè)的充電目標(biāo)電動汽車的充電不僅涉及到電網(wǎng)側(cè)的充電目標(biāo)，它是一個雙向的系統(tǒng)。由于電動汽車的用戶是這個過程中的重要一端，所以在進(jìn)行充電優(yōu)化時也要將電動汽車用戶側(cè)的充電目標(biāo)考慮進(jìn)來。電動汽車用戶側(cè)的充電目標(biāo)主要有兩個方面，一放面需求是盡可能使充電費(fèi)用最小化，另外一個方面是使充電時間最短且達(dá)到所預(yù)期的充電效果，滿足自己的行駛需求。那么優(yōu)化的方法將要在滿足盡快使電動汽車充電量的需求上實現(xiàn)使電動汽車用戶的充電費(fèi)用較低。這樣用戶側(cè)的滿意度將會提高，愿意與系統(tǒng)配合優(yōu)化充電。那么在這個時候分時電價的杠桿作用將會得到體現(xiàn)。用戶將會根據(jù)實時電價來進(jìn)行充電選擇，使自己的充電費(fèi)用最小且滿足充電需求。由表1的分時電價可以將充電費(fèi)用的表達(dá)式寫出來。則、、分別表示第i臺車在峰、平、谷三時間段的充電時間。表示第i臺車的充電的費(fèi)用，則 （3-10）4考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的優(yōu)化方法的算法仿真4.1考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線優(yōu)化方法以B城市一天中電網(wǎng)的原有的基礎(chǔ)負(fù)荷的曲線如圖9，從晚上十點到第二天早上八點左右，可以視為一天時間的低谷時段，其負(fù)荷處于低谷。而負(fù)荷的高峰出現(xiàn)在晚上八點左右，一天的電網(wǎng)負(fù)荷曲線具有明顯的峰谷特性。以一個小區(qū)為例，也會有相同的峰谷特性。本文將一天的時間內(nèi)進(jìn)行實時的優(yōu)化，并將電動汽車的預(yù)測負(fù)荷考慮進(jìn)來。在這個過程中，將一天24小時每15分鐘作為一個時段進(jìn)行優(yōu)化，分為96個時段，每個時段實時更新電動汽車的數(shù)量，同時將電動汽車的預(yù)測負(fù)荷加入一起進(jìn)行優(yōu)化，得到每個時間段的優(yōu)化結(jié)果并更新電動汽車的充電曲線。由此得出一天總的優(yōu)化后的電動汽車充電方案。同時若時間段的分割越細(xì)，優(yōu)化的結(jié)果越精確，但是計算的時間會大大增加。4.2在線優(yōu)化方法的仿真步驟考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線優(yōu)化方法利用蒙特卡洛法模擬電動汽車的充電過程，同時將在線充電的電動汽車和預(yù)測的電動汽車相結(jié)合一起進(jìn)行實時的優(yōu)化。每隔15分鐘進(jìn)行1次優(yōu)化，通過分時電價使電動汽車的充電趨于合理。在一個時間段內(nèi)總的充電負(fù)荷是一定的，通過優(yōu)化，將高峰處的負(fù)荷移至低谷處，達(dá)到了降低峰值和負(fù)荷的方差，使電網(wǎng)的負(fù)荷曲線趨于平緩。同時將用戶的充電費(fèi)用相對降低下來?？紤]電動汽車預(yù)測負(fù)荷的仿真步驟：（1）初始化當(dāng)日的電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測數(shù)據(jù)以及當(dāng)日的分時電價；（2）當(dāng)電動汽車接入電網(wǎng)時，車輛的基本信息如開始時間，剩余電量等將通過監(jiān)測系統(tǒng)被采集，在本文中使用的是蒙特卡洛法進(jìn)行模擬得到。（3）將加入電網(wǎng)的電動汽車與電動汽車預(yù)測負(fù)荷疊加在一起進(jìn)行實時在線優(yōu)化，得到電動汽車的充電數(shù)據(jù)與負(fù)荷曲線；（4）每15分鐘優(yōu)化一次，優(yōu)化到下一個時間點的起始時刻，使電網(wǎng)的負(fù)荷曲線較為平緩；（5）通過系統(tǒng)記錄電動汽車的電池信息和客戶端的需求信息；（6）根據(jù)實時優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行電動汽車的充電，并更新當(dāng)日的電網(wǎng)的日負(fù)荷曲線；（7）完成一日優(yōu)化，輸出優(yōu)化后的疊加的電網(wǎng)的日負(fù)荷曲線圖，結(jié)束優(yōu)化。4.2在線優(yōu)化方法的程序流程圖對電動汽車的預(yù)測負(fù)荷進(jìn)行設(shè)置：以下數(shù)據(jù)是依據(jù)蒙特卡洛法模擬得的。起始充電時間的分布各時段的充電概率預(yù)計充電時間起始充電容量分布電動汽車的容量/（KWh）客戶要求離開時的電量0.2充電時長服從320.8或0.9（各百分之五十）0.8充電至次日早上完成，服從32十二點前設(shè)置為0.95，否則為0.9注：表示服從均值為,標(biāo)準(zhǔn)差為的正態(tài)分布，表示取與之間的較大值，表示服從均勻分布。將預(yù)測電動汽車的數(shù)量作為一個依據(jù)進(jìn)行分類，使用不同的數(shù)學(xué)模擬模型，相當(dāng)于三種不同規(guī)模的電動汽車集群的模擬，對電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響。第一種情況：當(dāng)預(yù)測接入電網(wǎng)的車輛為0～3輛時，采用正態(tài)分布，進(jìn)行模擬。第二種情況：當(dāng)預(yù)測接入電網(wǎng)的車輛為3～6輛時，采用正態(tài)分布，進(jìn)行模擬。第一種情況：當(dāng)預(yù)測接入電網(wǎng)的車輛為6～9輛時，采用正態(tài)分布，進(jìn)行模擬。4.3在線優(yōu)化方法的算例分析可以設(shè)定經(jīng)過在線實時優(yōu)化后得到的電網(wǎng)負(fù)荷曲線為有序的充電曲線，而根據(jù)自己意愿隨機(jī)充電后得到的電網(wǎng)負(fù)荷曲線我們稱為無序的充電曲線。下面對三種不同規(guī)模的預(yù)測電動汽車充電負(fù)荷的仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析。圖4.1第一種情況的有序充電曲線和無序充電曲線從圖4.1可以看出有序充電的方法也就是實時優(yōu)化方法產(chǎn)生了移峰填谷的作用，將用電高峰時間段的負(fù)荷減低，移至了電網(wǎng)負(fù)荷的低谷段，達(dá)到了一定的效果。由于未來時段的預(yù)測充電汽車規(guī)模較小，電動汽車的負(fù)荷疊加對電網(wǎng)負(fù)荷的峰值沒有產(chǎn)生太大影響，只有稍微的提高，但可以看出優(yōu)化后的充電曲線比無序充電負(fù)荷曲線平緩。圖4.2第二種情況的有序充電曲線和無序充電曲線從圖4.2可以看出，隨著電動汽車預(yù)測負(fù)荷的增多，也就是參與實時優(yōu)化的電動汽車的增多，當(dāng)達(dá)到中等規(guī)模的電動汽車進(jìn)行充電時，實時優(yōu)化的方法的明顯的改善了電網(wǎng)的負(fù)荷曲線，比無序充電更加合理的處理了電動汽車的充電負(fù)荷。不僅將用電負(fù)荷的高峰降低了下來，還明顯的將低谷填補(bǔ)了上來。圖4.3第三種情況的有序充電曲線和無序充電曲線從圖4.3可以看出，當(dāng)大規(guī)模的電動汽車預(yù)測負(fù)荷接入電網(wǎng)時，經(jīng)過在線實時優(yōu)化，有序充電的方法的優(yōu)勢更加明顯，更具有經(jīng)濟(jì)價值，將電網(wǎng)負(fù)荷的低谷成功填補(bǔ)上來，并且使電網(wǎng)負(fù)荷的峰值增幅較少，較無序充電的峰值有明顯的降低。可以看出，隨著電動汽車規(guī)模的增大，考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的方法越有效果，經(jīng)濟(jì)效益越好。4.4結(jié)果結(jié)論分析綜合以上的算例分析，可以得出以下的結(jié)論：考慮電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線實時優(yōu)化方法具有移峰填谷的效果，解決了電動汽車充電負(fù)荷與電網(wǎng)原有負(fù)荷峰上加峰的情況，使電網(wǎng)負(fù)荷的波動被平抑了。當(dāng)電動汽車的規(guī)模越大時，優(yōu)化方法的優(yōu)勢將更加明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，使電網(wǎng)功率負(fù)荷曲線的峰值降低，同時負(fù)荷的方差變小，負(fù)荷曲線較為平緩?？紤]電動汽車預(yù)測負(fù)荷的在線實時優(yōu)化方法的優(yōu)點在于實時的優(yōu)化電動汽車的充電，將未來接入電網(wǎng)的預(yù)測負(fù)荷加入進(jìn)來優(yōu)化，同時滿足已經(jīng)接入電網(wǎng)充電的電動汽車的需求，也考慮了未來接入電網(wǎng)的預(yù)測負(fù)荷，使之同時滿足充電的要求。在15分鐘這個時間段內(nèi)，電網(wǎng)系統(tǒng)可以對實時充電的電動汽車進(jìn)行快速的計算，快速的反應(yīng)，提高了優(yōu)化的實時性以及準(zhǔn)確度。在這個過程中，用戶側(cè)的需求沒有完全的體現(xiàn)出來，但通過分時電價的作用，可以明顯感受到電動汽車充電用戶的充電費(fèi)用降低了，滿足了用戶的需求。5總結(jié)與展望5.1總結(jié)隨著政策的支持，電動汽車的大規(guī)模普及在不久的將來就會實現(xiàn)。大規(guī)模的電動汽車充電負(fù)荷接入電網(wǎng)會給電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的影響。未來大規(guī)模的電動汽車接入電網(wǎng)將對電網(wǎng)產(chǎn)生不可忽視的影響。其中重要的影響之一就是當(dāng)大規(guī)模的電動汽車的充電負(fù)荷將會形成一個有一定規(guī)律的負(fù)荷增長，與原有的負(fù)荷相重疊，在高峰期將大大加劇電網(wǎng)的峰谷差，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響，如配電線路過載，配電變壓器負(fù)荷過大，電壓跌落，配電網(wǎng)損