基于博弈模型的电动汽车有序充电研究

发布时间：2020-04-13 05:33

【摘要】：能源危机的加剧使人们意识到必须使用清洁能源替代传统化石能源。电能替代成为实现人类可持续发展的必经之路。许多国家都出台政策推进电动汽车生产的进程,使传统燃油汽车逐渐被电动汽车代替,电动汽车必定在未来成为人们的主要出行方式。大规模、随机性的电动汽车负荷在接入电网时势必会造成负荷曲线变差的后果,如何有序安排电动汽车充电成为科研人员的研究重点,本文针对此问题提出了基于博弈论的电动汽车有序充电策略。本文首先在基于真实数据的前提下,分析了大量电动汽车的出行规律和日行驶里程,通过高斯分布拟合得到概率分布曲线,利用大数据技术中的层次聚类算法对电动汽车的出行规律进行分类,使得电动汽车负荷的建模能够更具体更细致。在对电动汽车充电的仿真试验做出假设的前提下,利用蒙特卡洛方法对电动汽车负荷仿真并分析了无序充电对负荷峰谷差的影响。然后,本文研究了博弈论的发展、相关原理及标准纳什博弈的构成和均衡解的概念,同时研究了博弈论在当今电力系统领域的应用。由于电网具有先天定价优势,本文将电网作为博弈主体、电动汽车作为博弈从体构建主从博弈模型;在博弈从体中将电动汽车视为具有完全理性的博弈参与者,利用价格因素与其他电动汽车互相博弈,使自身充电价格更优。本文在充分考虑约束和实际情况的前提下,利用广义纳什博弈对上述电动汽车充电行为进行改进,并将广义纳什博弈模型转化为函数最优化问题,证明了电动汽车充电模型解的存在性和唯一性。最后,本文研究了粒子群算法的物理意义和数学解释,并应用其求解本文所建立的模型,同时在粒子群算法中加入了约束机制,避免了粒子群算法重复生成符合约束的随机解,利用算法本身的寻优特点使粒子找到满足约束条件的最优解,最终使粒子群算法迭代次数减少。本文使用MATLAB对模型建模及求解,最后设计了仿真试验,模拟了电动汽车在不同渗透率下无序充电和有序充电对电网负荷带来的影响,最终证明了本文建立的模型对负荷曲线起到了优化的作用,并降低了用户充电费用。文章最后介绍了有序充电项目的基础设施建设,通过后台的实验数据验证了所提有序充电策略的可行性。
【图文】：

负荷曲线,台区,电动汽车,电网

逦逦逡逑某日网供负荷曲线为基础，，如果有１００万辆电动汽车，日耗电约９１７万ｋＷｈ，占逡逑常规负荷耗电量的３．２８％。未经引导，在晚间７－９点集中启动充电，电网最大负逡逑荷增长３１．邋８３％；加以引导，有序充电后电网最大负荷不发生增长，同时也抬升了逡逑电网低谷负荷，降低了全网峰谷差。逡逑下图是某个台区，配变在全年最高负荷日的负荷曲线，一台５００ｋＶＡ的变压器，逡逑全年的最大负荷时刻是２０：邋００－２２：邋００，负荷４５０ｋＶＡ己经接近满载，而此时正是逡逑家用电动汽车进入停车位准备充电的时段，未经引导，配变必然超载。而在0：00－逡逑６：００时段内，负荷低于２００ｋＶＡ，可供４０多辆汽车充电。逡逑５００邋逦

特性图,电池充电,特性,锂电池

电池的锂离子被第一阶段的小电流彻底激活，同时可以接收较大的电流，逡逑一般通过此过程达到锂电池储能的快速积累。当电池充电接近尾声时，锂电池由恒逡逑流转为恒压状态，电流逐渐下降为０，变化趋势如图２－１所示。逡逑／／邋＼逡逑＾逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｊ逦Ｉ逦｜｜逦逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逦９０逦１ＣＸ）逡逑图２－１电池充电特性逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｃｈａｒｇｉｎｇ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑从图中可以看出恒功率充电是主要的充电过程，在研究过程中将假设电动汽逡逑车充电为功率恒定以简化计算。逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73

【参考文献】