微电网中电动汽车储能优化控制及储能梯级利用研究

摘要

近年来微电网的发展在世界各国受到高度重视，将其视为未来电力系统的重要组成部分。可再生能源与电动汽车在微电网内集成应用，有助于提高可再生能源就地消纳，同时实现电动汽车的低碳环保，提高能源利用效率、经济效益和环保效益。本文主要研究微电网内电动汽车储能的优化控制，在微电网协调控制和能量管理层面对具体的应用场景提出储能优化控制策略，以提高微电网的运行性能。另外对电动汽车退役动力电池梯级利用相关技术进行了研究，分析动力电池梯级利用的经济可行性。主要研究内容包括以下几部分:
　　(1)对于电动汽车充电增加电网高峰负荷以及可再生能源并网消纳问题，研究了集成电动汽车与可再生能源的直流微电网能量管理方法，以提高系统的能源效率、经济性和环保性。首先给出了直流微电网的系统结构及其单元功能模型，分析直流微电网并网运行的能量转换效率问题，在此基础上建立直流微电网下电动汽车充电优化模型，提出了一种基于直流微电网能量管理的电动汽车充电优化控制策略。仿真验证了该优化控制策略能够在直流微电网环境实现可再生能源与电动汽车充电装置的协同增效，提高电动汽车充电经济性，并分析了预测误差对优化控制结果的影响。
　　(2)电动汽车光伏换电站是实现光伏发电和电动汽车充电集成应用的有效方式，含光伏发电的换电站动力电池充换电服务是一个多目标优化问题，通过换电站直流微电网的能量管理优化可以提高换电站的运行性能。首先介绍了电动汽车换电站的结构，建立换电站的换电服务模型和动力电池充电模型，并制定了换电站的运行性能评价指标。通过分析换电站的基本充电策略，研究换电站日前计划运行策略和动态运行策略的不足，提出了基于粒子群算法的换电站运行策略。仿真比较了三种能量管理运行策略在换电站运行结果，结果表明粒子群算法的运行性能指标优于日前计划运行和动态运行方式，尽管能量管理优化过程受到换电需求预测误差影响，粒子群算法效果仍然有明显优势。
　　(3)动力电池回收利用是我国电动汽车产业链中的薄弱环节，电动汽车产业快速发展带来巨量的动力电池退役，动力电池回收处理已成为紧迫的问题。首先分析了未来电动汽车动力电池退役情况，研究了动力电池梯级利用关键技术，具体分析电池不一致性的表现和原因，电池失效机制和影响因素，介绍了电池健康状态评估方法与余能检测标准，研究了退役电池梯级利用的分选、成组和均衡技术。建立考虑温度、放电深度和放电倍率的电池容量衰减模型，分析了退役电池剩余容量的价值，给出储能经济效益评估方法。然后对储能在电力系统发电侧、输配侧和用户侧典型应用进行需求评估，结合应用场景的技术指标分析了梯级储能的适用场景。案例分析了梯级储能在基于用户分时电价管理和可再生能源并网应用的经济可行性，结果表明退役动力电池梯级利用是有经济效益的。
　　(4)对微电网内负荷供电功率不足和运行可靠性问题，研究了微电网协调控制提高供电可靠性。在分析微电网的运行模式和微电源的控制方法基础上，建立了微电网并网与孤岛运行功率模型，提出了基于模糊控制的储能系统优化控制策略。微电网并网运行时，模糊控制协调并网联络线与储能系统运行，优化调整电池SOC状态，提高对负荷的持续供电能力;微电网孤岛运行时，模糊控制协调从电源和负荷运行，调节电池SOC至合理范围，提高微电网孤岛运行的可靠性。仿真案例以实际微电网试验平台为背景，分别在并网运行与孤岛运行的多种典型场景下验证了所提模糊控制器在协调控制层面提高微电网供电可靠性的有效性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 微电网中电动汽车储能研究现状

1．2．1 微电网集成电动汽车结构

1．2．2 微电网中电动汽车优化控制研究

1．2．3 电动汽车退役电池梯级利用研究

1．2．4 微电网中储能应用控制研究

1．3 本文研究内容及章节安排

第二章 基于微电网能量管理的电动汽车充电优化

2．1 引言

2．2 直流微电网模型

2．2．1 直流微电网结构

2．2．2 光伏发电模块

2．2．3 电动汽车充电模块

2．2．4 储能模块

2．2．5 交流并网模块

2．2．6 微电网能量管理系统

2．3 电动汽车充电优化控制模型

2．3．1 目标函数

2．3．2 约束条件

2．3．3 评价指标

2．4 能量管理优化电动汽车充电

2．4．1 光伏发电预测

2．4．2 充电需求分析

2．4．3 储能系统运行分析

2．4．4 电动汽车充电优化控制

2．5 算例分析

2．5．1 背景概况

2．5．2 能量管理优化充电策略分析

2．5．3 电动汽车充电评价指标分析

2．5．4 预测误差对优化的影响

2．6 本章小结

第三章 基于微电网能量管理的换电站运行优化

3．1 引言

3．2 换电站微电网结构与运行模型

3．2．1 换电站直流微电网结构

3．2．2 电动汽车换电服务模型

3．2．3 动力电池充电模型

3．2．4 换电站的运行性能评价指标

3．3 电动汽车换电站能量管理策略

3．3．1 基本充电策略分析

3．3．2 日前计划运行策略

3．3．3 动态运行控制策略

3．3．4 粒子群控制策略

3．4 算例分析

3．4．1 仿真背景

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 电动汽车退役电池梯级利用研究

4．1 引言

4．2 退役电池梯级利用技术研究

4．2．1 电池不一致性分析

4．2．2 电池失效机制与影响因素分析

4．2．3 电池健康状态评估与余能检测

4．2．4 退役电池分选与成组

4．2．5 退役电池能量均衡

4．3 退役电池梯级利用经济性分析

4．3．1 动力电池容量衰减模型

4．3．2 退役电池梯级利用价值分析

4．3．3 储能经济效益评估

4．4 退役电池梯级利用应用分析

4．4．1 梯级利用应用前景

4．4．2 发电侧储能典型应用

4．4．3 输配侧储能典型应用

4．4．4 用户侧储能典型应用

4．5 梯级利用案例分析

4．5．1 基于用户分时电价管理案例

4．5．2 可再生能源并网案例

4．6 本章小结

第五章 储能协调优化控制提高微电网供电可靠性

5．1 引言

5．2 微电网运行控制模式

5．2．1 微电网控制模式

5．2．2 微电源控制方法

5．2．3 主从结构微电网运行控制

5．3 微电网运行特性及约束

5．3．1 微电源运行特性

5．3．2 微电网并网运行功率分析

5．3．3 微电网孤岛运行功率分析

5．3．4 微电网运行约束条件

5．3．5 微电网运行技术指标

5．4 基于模糊控制的微电网协调控制策略

5．4．1 模糊控制策略分析

5．4．2 基于模糊控制的微电网并网运行策略

5．4．3 基于模糊控制的微电网孤岛运行策略

5．5 算例分析

5．5．1 微电网并网运行模糊控制仿真分析

5．5．2 微电网孤岛运行模糊控制仿真分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结和主要成果

6．2 未来工作和展望

致谢

参考文献

作者简介