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原文传递基于智能电网的电动汽车充馈电调度策略研究

论文题名：	基于智能电网的电动汽车充馈电调度策略研究
关键词：	智能电网;车辆入电网;电动汽车;充馈电服务;调度策略
摘要：	随着日益增长的电能需求对现有电网提出了更清洁、更安全、更高效、更经济的要求，现有电网向智能电网演进成为必然。有关智能电网的研究课题成为热点。与此同时，电动汽车（Electric Vehicle，EV）作为一种使用清洁能源的交通工具，推广使用电动汽车有利于减少环境污染和提高能源利用效率。然而，推动电动汽车的普及首先需要解决现有电网对大规模电动汽车充电负载的承载问题。同时，能否为电动汽车用户提供及时便利的充电服务以及电动汽车的使用费用是否足够低廉也是犹豫是否选择电动汽车的人们所关心的重要问题。为了促进广泛使用电动汽车出行，学术界提出依靠先进的传感测量技术、通信技术、信息技术和控制技术实现车辆与电网之间以及车辆之间电能与信息的双向流动，即基于智能电网的车辆入电网系统。该系统的建立旨在避免大规模电动汽车接入电网充电给电网带来的重负载，同时为电动汽车用户设计灵活便利、费用低廉的充电调度解决方案。电动汽车充馈电管理是车辆入电网系统中的关键技术之一。本文围绕电动汽车充馈电管理这一主题，从电网和电动汽车用户的角度出发，以减小电网负荷曲线的峰谷值差、减小电动汽车使用费用以及提高用户充电体验等为优化目标，主要研究以下四个部分的内容：1）停驶模式下的电动汽车充电调度策略研究；2）行驶模式下的电动汽车充电调度策略研究；3）电动汽车电能反馈策略研究；4）电动汽车充馈电匹配策略研究。　　第一部分研究的是停驶模式下电动汽车的充电调度策略。为了联合优化电网负荷峰谷值差和电动汽车的充电费用，设计集中式停驶模式充电调度（Parking Mode Charging Scheduling，PMCS）算法；为了联合优化新能源供电系统中供电公司的收益和电动汽车用户的满意度，提出新能源供电公司与电动汽车用户之间的斯塔克尔伯格博弈（Stackelberg Game）模型，并分布式求解电动汽车用户的最佳充电策略以及新能源供电公司的最佳差异化电价策略。仿真实验表明，与电动汽车充电请求不经调度相比，PMCS算法能够大幅降低电网负荷的峰谷值差，同时防止电网负荷出现峰值反弹，并且也降低了电动汽车用户的累计充电费用。而新能源供电系统中的分布式调度方案弥补了集中式调度方案计算复杂度高的缺点。同时，在新能源供电系统中，由于太阳能等新能源产生的电能具有不稳定性和不连续性的特点，供电公司差异化电价策略能够提高供电公司的收益并且最大化电动汽车用户的满意度。　　第二部分研究内容的重点是行驶模式下电动汽车的充电调度策略。相比于停驶模式下电动汽车的充电问题，行驶模式下电动汽车的充电调度问题更具挑战。根据行驶模式下电动汽车充电需求的紧急程度，将行驶模式下的电动汽车充电调度策略分为两部分进行研究。针对电动汽车在电池剩余电量水平较低时发出充电请求的场景，提出集中式行驶模式调度（Mobile Mode Scheduling，MMS）算法以达到降低电动汽车接入充电站时延的优化目标。针对电动汽车在电池剩余电量较多时预约充电资源的场景，设计面向用户行驶计划的充电调度方案。该方案充分考虑电动汽车用户有关充电不绕路、充电时间合理安排和充电电量充足等需求偏好，提出寻找电动汽车与充电站之间稳定匹配的稳定匹配算法（Stable Matching Algorithm，SMA）。MMS算法能够减小电动汽车成功接入充电站的时延，同时提高电动汽车成功充电的概率，并且使得充电站的电能利用率接近于100％。SMA算法能够增大电动汽车和充电站总的平均系统效用，同时提高电动汽车充电的满意度。　　在基于智能电网的车辆入电网系统中，允许有富余电能的电动汽车在电网负荷峰值阶段向电网反馈电能。第三部分的研究内容是设计激励机制鼓励大量电动汽车参与电能反馈从而有效帮助电网减小负荷曲线的峰谷值差，增强电网的稳定性。针对私家车多数时间处于闲置状态，而一辆电动汽车能够提供的电能反馈量非常微小的特点，提出电能反馈的二级团售拍卖机制。所设计的拍卖机制能够保证参与拍卖的投标者的出价都具有真实性，并且证明了该拍卖机制同时具有个体理性和事后预算平衡性等其他经济属性。数值仿真结果表明，提出的二级团售拍卖机制可以帮助电网减小运营成本，并向提供电能反馈服务的电动汽车提供更多的物质激励。　　最后一部分研究内容将电动汽车的充电与电能反馈服务相结合，提出在停车场建立电动汽车之间的充馈电匹配架构。电动汽车频繁的充馈电不仅需要消耗用户大量的等待时间而且不利于电网的稳定。将同一停车场中有富余电量的电动汽车和需要充电的电动汽车之间形成匹配，利用多对多匹配模型设计帕累托最优匹配算法（Pareto Optimal Matching Algorithm，POMA）找到充电电动汽车和馈电电动汽车之间的最优匹配。仿真结果显示，POMA算法有利于增大充电电动汽车与馈电电动汽车之间电能成交量，从而维护电网在峰值阶段的稳定性。同时，充电电动汽车与馈电电动汽车之间的电能成交单价总是不低于馈电电动汽车要求的保留单价，为馈电电动汽车提供了物质激励。
作者：	曾鸣
专业：	通信与信息系统
导师：	冷更鹏
授予学位：	博士
授予学位单位：	电子科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文