基于用户驾驶行为的电动汽车有序充电策略

摘要

针对全球范围的能源问题和环境问题，电动汽车因其低污染或无污染、能效高的优点，在世界各国都得到了大力的发展。然而，作为一种新型电力负荷，电动汽车充电行为具有随机性、间歇性的特征，规模化电动汽车充电可能会对配电网运行产生显著影响，因此，有必要对电动汽车充电进行引导。
　　本文主要围绕基于用户驾驶行为的电动汽车有序充电策略进行研究，主要包括以下几方面的内容:
　　首先，对不同类型的电动汽车进行了简单的介绍，分析了各自的特点及优缺点。以混合动力电动汽车PHEV为例，对电动汽车进行能耗分析，研究不同因素例如平均速度、环境温度、空调使用等对电动汽车能耗以及续驶里程的影响。对电动汽车进行能耗分析是预测电动汽车续驶里程的基础。
　　其次，根据电动汽车能耗分析的结果，提出了基于用户驾驶行为的电动汽车续驶里程预测方法。用户驾驶行为通过电动汽车不同的行驶工况来描述，并且在能耗分析的基础上，额外加入部分具体反映用户驾驶行为的特征参数，利用主成分分析法及模糊聚类算法，提出了电动汽车续驶里程的预测方法，并运用于电动汽车有序充电策略的制定中。电动汽车实际道路测试数据验证了该方法的准确性。
　　再次，针对电动汽车使用的锂离子电池，研究放电截止电压、环境温度、充放电倍率及SOC使用区间对锂电池容量衰退的影响。基于这些因素，对一种基于不规则应用的锂电池容量衰退量化模型进行研究，并将其用于有序充电策略中充电量的计算过程中。同时，利用NASA提供的锂离子电池监测数据验证该模型的准确性。
　　最后，在上述研究内容的基础上，设计了电动汽车有序充电策略。策略模型分为用户侧模型和电网侧模型，用户侧模型利用上述研究内容，计算满足用户出行且使电动汽车动力电池容量衰退最小的充电量，电网侧模型用于对电动汽车充电进行引导，以起始充电时间最早及局域配电网负荷峰谷差最小为优化目标，制定了兼顾用户及配电网的多目标优化策略，利用遗传算法求解该优化问题。有序充电仿真结果表明，对于电动汽车用户，有序充电策略能够显著减小动力电池容量衰退，对于局域配电网，有序充电策略能够有效减小局域配电网负荷曲线的峰谷差，起到“削峰填谷”的作用，并且参与有序充电策略的用户数越多，其调控效果越显著。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 电动汽车的国内外发展现状

1．2．1 电动汽车国外发展现状

1．2．2 电动汽车国内发展现状

1．3 研究意义

1．4 国内外研究现状

1．4．1 电动汽车续驶里程预测研究现状

1．4．2 电动汽车动力电池容量衰退特性研究现状

1．4．3 电动汽车有序充电策略研究现状

1．5 本文的主要工作

2 电动汽车能耗分析

2．1 电动汽车汽车分类

2．1．1 纯电动汽车

2．1．2 混合动力电动汽车

2．1．3 燃料电池汽车

2．2 电动汽车能耗分析

2．2．1 PHEV及行驶数据简介

2．2．2 PHEV不同自然月的能耗

2．2．3 PHEV空调功率随环境温度的变化

2．2．4 混合动力模式下行驶速度与耗油量的关系

2．2．5 纯电动模式下平均速度与耗电量的关系

2．2．6 纯电动模式下行驶里程与环境温度的关系

2．3 小结

3 基于用户驾驶行为的电动汽车续驶里程预测

3．1 电动汽车行驶工况参数

3．2 电动汽车行驶工况片段的主成分分析

3．2．1 主成分分析的原理

3．2．2 行驶工况片段的主成分分析

3．3 电动汽车行驶工况片段的模糊聚类分析

3．3．1 模糊聚类算法的原理

3．3．2 行驶工况片段的模糊聚类分析

3．4 电动汽车行驶工况识别

3．5 电动汽车续驶里程预测

3．6 小结

4 电动汽车动力电池容量衰退模型

4．1 电动汽车动力电池容量衰退的影响因素

4．1．1 放电截止电压对锂电池容量衰退的影响

4．1．2 环境温度对锂电池容量衰退的影响

4．1．3 充放电倍率对锂电池容量衰退的影响

4．1．4 SOC区间对锂电池容量衰退的影响

4．2 电动汽车动力电池容量衰退模型

4．2．1 锂电池容量衰退预估方法

4．2．2 基于不规则应用的锂电池容量衰退量化模型

4．3 基于不规则应用的锂电池容量衰退量化模型的验证

4．4 小结

5 电动汽车有序充电策略

5．1 有序充电策略模型

5．1．1 用户侧模型

5．1．2 电网侧模型

5．2 遗传算法

5．2．1 遗传算法概述

5．2．2 遗传算法的基本原理

5．2．3 遗传算法的特点

5．2．4 遗传算法的流程

5．2．5 基于遗传算法的有序充电策略模型

5．3 有序充电仿真算例

5．3．1 算例设计

5．3．2 电动汽车用户出行规律

5．3．3 算例结果

5．4 小结

6．1 结论

6．2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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