論文——智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度分析與研究

1、目 錄中文摘要1英文摘要21緒論31.1智能電網(wǎng)綜述31.2 智能電網(wǎng)在國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)51.3 現(xiàn)階段我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r71.4 本文研究的主要內(nèi)容82 影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)的因素92.1 智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度的研究意義92.2 各個(gè)因素對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度的影響92.3 諧波的定義、危害以及對(duì)電網(wǎng)的影響113 電動(dòng)汽車負(fù)荷并網(wǎng)產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)的影響133.1 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)133.2 電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的分類133.3 電動(dòng)汽車的幾種等效充放電模型144. MATLAB仿真194.1 MATLAB簡(jiǎn)介194.2 仿真原理圖1194.3 仿真原理圖2254.4 解決措施30結(jié)論32謝辭33參考文獻(xiàn)3

2、4智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度分析與研究摘 要：智能電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向，不管是對(duì)于電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)，都會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是，電網(wǎng)智能化在取得重大發(fā)展進(jìn)步的時(shí)候，與此同時(shí)，電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中所面臨的潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素是不容忽視的，如果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響不能準(zhǔn)確把握，這將會(huì)給智能電網(wǎng)帶來(lái)不可估量的損失。因此，運(yùn)用科學(xué)的方法有效地開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以指引決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃，從而來(lái)避免盲目的投資以及重大風(fēng)險(xiǎn)損失，這對(duì)于智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)具有重要的工程實(shí)用價(jià)值和發(fā)展參考作用。本文首先介紹了影響智能電網(wǎng)的幾種風(fēng)險(xiǎn)因素，簡(jiǎn)單介紹分析了其對(duì)智能電網(wǎng)的影響，然后主要研究了用戶側(cè)不確定因素（以電動(dòng)汽車負(fù)荷為例）所產(chǎn)生的諧波對(duì)智

3、能電網(wǎng)的影響。首先介紹了電動(dòng)汽車充電機(jī)理，然后構(gòu)建其等效電路模型，在Matlab/Simulink軟件中搭建具體電路模型來(lái)模擬電動(dòng)汽車負(fù)荷對(duì)其他非線性負(fù)荷的影響，最后分析仿真結(jié)果來(lái)提出一種新的調(diào)度方式來(lái)減小甚至消除未來(lái)電動(dòng)汽車大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)諧波影響。關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度；諧波；電動(dòng)汽車；Matlab仿真Smart Grid scheduling risk analysis and researchAbstract: Smart Grid is the future direction of the grid and it can bring enormous social and ec

4、onomic benefits for the grid side and the user side. However, the development of intelligent network made significant progress at the time, at the same time, the grid potential risk factors faced by the construction process can not be ignored, and it will bring to the smart grid immeasurable loss wh

5、en the effect of risk can not be accurately grasp. Therefore, the use of scientific methods to effectively carry out a risk assessment can guide decision-makers achieve scientific planning in order to avoid blind investment and significant risk of loss, which for the smooth progress of the smart gri

6、d has important practical value and development of reference. This paper describes the impact of the smart grid are several risk factors, a brief analysis of its impact on the smart grid, and then studies the user-side uncertainties (electric vehicle load is selected) harmonics generated by the smar

7、t grid affected. Firstly, the electric vehicle charging mechanism is introduced, then the equivalent circuit model is builded, and the Matlab / Simulink software is used to simulate the impact of electric vehicles load to other nonlinear loads. Finally, in order to reduce or even eliminate the impac

8、t of future large-scale grid-connected electric vehicles on the grid harmonics, a new scheduling way is proposed by analyzing the simulation results.Keywords: smart grid; scheduling risk analysis; harmonic; electric vehicle; Matlab/simulation 1 緒論1.1 智能電網(wǎng)綜述智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱之為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)

9、絡(luò)基礎(chǔ)上的，其通過(guò)先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，它的主要特征包括自愈、激勵(lì)用戶、抵御攻擊、提供滿足未來(lái)用戶需求的高質(zhì)量電能、容許各種不同形式的發(fā)電設(shè)備的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)和資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。同當(dāng)前傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)主要特征有：（1）堅(jiān)強(qiáng)性：在電網(wǎng)發(fā)生小擾動(dòng)或者大擾動(dòng)故障時(shí)，電網(wǎng)仍能保持其正常的供電能力，而不發(fā)生大面積的停電事故；在電網(wǎng)發(fā)生極端故障時(shí)，仍然能夠保證整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行；其二次系統(tǒng)具有確保信息安全的能力和防止計(jì)算機(jī)病毒破壞的能力。（2）自愈性：具備實(shí)時(shí)、在線連續(xù)的安全評(píng)估以及分析

10、能力；具備強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力；具備故障的自動(dòng)診斷、故障的隔離以及系統(tǒng)的自我修復(fù)能力。（3）兼容性：能夠接受可再生能源的正確、合理地接入；允許分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的接入；能夠使需求側(cè)管理的功能更加完善；能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶之間的高效互動(dòng)。（4）經(jīng)濟(jì)性：可支持火力發(fā)電和水火電聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的模式；支持電力市場(chǎng)和電力交易系統(tǒng)；能夠提供清潔優(yōu)質(zhì)的電力；實(shí)現(xiàn)資源的合理配置；降低整個(gè)電網(wǎng)的損耗，從而提高能源利用效率。（5）集成性：實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集合和共享；采用統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)和模型；實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化和規(guī)范化的管理。（6）優(yōu)化性：優(yōu)化資產(chǎn)的利用率；降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本1。智能電網(wǎng)的發(fā)展的重要意

11、義體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）用戶生活方便：堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，將會(huì)推動(dòng)智能小區(qū)、智能城鎮(zhèn)的發(fā)展，從而提升人們的生活品質(zhì)。家庭智能用電系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器、電冰箱，洗衣機(jī)和空調(diào)等智能家電的實(shí)時(shí)控制和遠(yuǎn)程控制，而且還能為互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)等提供接入服務(wù)；除此之外，其還能通過(guò)智能電能表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表以及自動(dòng)轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等功能，讓生活更便捷。智能電網(wǎng)可以接入小型家庭屋頂光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等裝置，并且推動(dòng)電動(dòng)汽車的大規(guī)模并網(wǎng)，從而來(lái)提高清潔能源消費(fèi)比重，減少城鎮(zhèn)污染，讓居民生活更加低碳。智能電網(wǎng)可以促進(jìn)電力用戶的角色轉(zhuǎn)變，使其兼具備用電和售電的雙重屬性，并且還能夠?yàn)橛脩舸罱ㄒ粋€(gè)家庭用電綜合服務(wù)平臺(tái)

12、，幫助用戶來(lái)合理選擇用電方式，節(jié)約電能，有效地降低電能費(fèi)用支出，讓生活更加經(jīng)濟(jì)。（2）產(chǎn)生效益：堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，將會(huì)使電網(wǎng)功能逐步擴(kuò)展到促進(jìn)能源資源優(yōu)化配置、提供多元開(kāi)放的電力服務(wù)、保障整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)其他新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等多個(gè)方面。作為我國(guó)最重要的能源輸送配置平臺(tái)，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)從投資建設(shè)部分到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過(guò)程中都將為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、能源生產(chǎn)和利用、環(huán)境保護(hù)等各方面帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。在電力系統(tǒng)方面能夠節(jié)約電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量，降低系統(tǒng)的總發(fā)電燃料成本費(fèi)用，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用效率，減少建設(shè)投資的成本，提升電網(wǎng)輸送效率，降低線路損耗；在用電客戶方面能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，為用

13、戶提供便捷的服務(wù)，提高終端能源利用率，節(jié)約電能消費(fèi)，大大提高供電的可靠性，較大的改善電能質(zhì)量；在環(huán)境與節(jié)能方面能夠提高能源利用率，從而帶來(lái)節(jié)能減排效益，促進(jìn)清潔能源的開(kāi)發(fā)，提升土地資源的整體利用率，節(jié)約土地資源的占用率。在其他方面能夠帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，解決就業(yè)問(wèn)題，保障能源的安全供應(yīng)，將輸煤方式轉(zhuǎn)換成輸電形式，提高能源的轉(zhuǎn)換效率，極大的減少交通成本和運(yùn)輸壓力。（3）推進(jìn)系統(tǒng)：可以有效提高電力系統(tǒng)的安全性以及供電可靠性。通過(guò)智能電網(wǎng)強(qiáng)大的“自愈”功能，能夠快速準(zhǔn)確地將故障元件進(jìn)行隔離，并且在較少人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)快速的恢復(fù)到正常狀態(tài)，提高系統(tǒng)供電的可靠性和安全性；實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展，堅(jiān)強(qiáng)智能電

14、網(wǎng)建設(shè)能夠推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、運(yùn)行和管理等方面的提升，從而來(lái)適應(yīng)電力市場(chǎng)的需求，推動(dòng)電網(wǎng)的科學(xué)發(fā)展；減少系統(tǒng)裝機(jī)容量，根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)省份電力負(fù)荷特性差異大的特征，通過(guò)智能化的統(tǒng)一調(diào)度，來(lái)獲得調(diào)峰填谷等聯(lián)網(wǎng)效益，同時(shí)通過(guò)分時(shí)電價(jià)機(jī)制，指引用電客戶低谷時(shí)段用電，減小高峰負(fù)荷，從而減少系統(tǒng)裝機(jī)容量；降低系統(tǒng)發(fā)電燃料費(fèi)用，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，能夠優(yōu)化我國(guó)電源布局，降低燃料運(yùn)輸成本，同時(shí)，通過(guò)降低負(fù)荷峰谷差的手段，能夠提高火電機(jī)組使用率，降低煤耗，最終減少發(fā)電成本；提高電網(wǎng)設(shè)備利用率，首先，通過(guò)改善電力負(fù)荷的曲線，減小峰谷差，提高電網(wǎng)設(shè)備利用效率；其次，發(fā)揮堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的自我診斷能力，延長(zhǎng)電網(wǎng)

15、基礎(chǔ)設(shè)施的壽命；降低線損，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓輸電技術(shù)作為重要基礎(chǔ)的，這將大大降低電能遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中的損失率，智能調(diào)度系統(tǒng)、靈活輸電技術(shù)以及與用電客戶的實(shí)時(shí)交互，都能夠優(yōu)化輸電線路的潮流分布，降低線路損耗，同時(shí)，分布式電源的建設(shè)，也將減少電能遠(yuǎn)距離輸送的網(wǎng)損。（4）分配資源：我國(guó)資源與需求呈反向分布，80%以上的煤炭、水能和風(fēng)能資源分布在西北部地區(qū)，而75%以上的能源需求主要集中在東部、中部地區(qū)。資源與需求分布不平衡的基本國(guó)情，促使我國(guó)必須在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)行能源的優(yōu)化配置。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，為能源的優(yōu)化配置提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建成后，將形成結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)的受、送端電網(wǎng)，電力承載能力

16、顯著加強(qiáng)，構(gòu)成“強(qiáng)交、強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)水、煤、核、大規(guī)?？稍偕茉吹目鐓^(qū)域、遠(yuǎn)距離、低損耗、高效率輸送，極大的提升電網(wǎng)大范圍資源優(yōu)化配置能力。（5）能源發(fā)展：太陽(yáng)能以及風(fēng)能等清潔能源的開(kāi)發(fā)利用以生產(chǎn)電能的形式為主，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)可以明顯提高電網(wǎng)對(duì)清潔能源的接入、消納和調(diào)節(jié)能力，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展。智能電網(wǎng)通過(guò)采用先進(jìn)的控制及儲(chǔ)能技術(shù)，改善清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高清潔能源并網(wǎng)能力。智能電網(wǎng)合理規(guī)劃大規(guī)模清潔能源基地網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和送端電源結(jié)構(gòu)，采用特高壓、柔性輸電技術(shù)，符合了大規(guī)模清潔能源電力輸送的要求。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)通過(guò)對(duì)大規(guī)模間歇性清潔能源進(jìn)行合理、經(jīng)濟(jì)調(diào)度，大大的提高了

17、清潔能源生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。智能一體化的用電設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的接受與協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)與用電客戶的友好雙向互動(dòng)，從而為客戶體驗(yàn)新能源電力帶來(lái)便利。（6）節(jié)能減排：構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有著重要的意義：支持清潔能源機(jī)組的大規(guī)模并網(wǎng)，加快清潔能源的發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)資源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整；指引客戶合理的安排用電時(shí)段，減小高峰負(fù)荷，穩(wěn)定火力發(fā)電廠的出力，降低發(fā)電煤耗成本；促進(jìn)特高壓、柔性輸電、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等先進(jìn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與客戶的有效互動(dòng)，提高用電效率；推動(dòng)電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入并網(wǎng)，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)減排效益。1.2 智能電網(wǎng)在國(guó)外的發(fā)展趨

18、勢(shì)目前，全球范圍內(nèi)對(duì)智能電網(wǎng)的研究及實(shí)踐尚處于初始階段，智能電網(wǎng)的概念和內(nèi)容也在不斷地?cái)U(kuò)充中。2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術(shù)，利用了（Swarm)群體行為原理，讓一層大樓里的用電設(shè)備互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無(wú)線控制器，與大樓的各個(gè)電器相連，并實(shí)現(xiàn)有效控制。比如，一臺(tái)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24；而另外兩臺(tái)空調(diào)可能會(huì)在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。這樣，在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下，整個(gè)大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)技術(shù)賦予電器于智能，提高能源的利用效率。2006年歐盟理事會(huì)的能源綠皮書歐洲可持續(xù)的、競(jìng)爭(zhēng)的和安全的電能策略 (A European

19、Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時(shí)候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過(guò)程中的自動(dòng)化技術(shù)。2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點(diǎn)” (Grid Point)的公司最近開(kāi)始出售一種可用于監(jiān)測(cè)家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個(gè)電子產(chǎn)品具有了一部分交互功能，可以看作智能電網(wǎng)中的一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。2006 年，美國(guó)IBM公司曾與全球電力專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可

20、以通過(guò)使用傳感器、計(jì)量表、數(shù)字控件和分析工具，自動(dòng)監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費(fèi)者對(duì)電力使用的管理也可細(xì)化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個(gè)可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個(gè)解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級(jí)調(diào)度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項(xiàng)目的啟動(dòng)標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。2008年美國(guó)科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市，每戶家庭

21、都安裝了智能電表，人們可以很直觀地了解當(dāng)時(shí)的電價(jià)，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽(yáng)能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問(wèn)題出現(xiàn)，可以重新配備電力。2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對(duì)外宣布，他們正在共同開(kāi)發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國(guó)打造國(guó)家智能電網(wǎng)。2009年1月25日美國(guó)白宮最新發(fā)布的復(fù)蘇計(jì)劃尺度報(bào)告宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬(wàn)美國(guó)家庭安裝智能電表美國(guó)行將推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)的整體革命。2月2 日能源問(wèn)題專家武建東在全面推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)革命拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的文章中，明確提出中

22、國(guó)電網(wǎng)亟須實(shí)施“互動(dòng)電網(wǎng)”革命性改造。2009年2月4日，地中海島國(guó)馬耳他在周三公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公用系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)該國(guó)電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會(huì)把馬耳他2萬(wàn)個(gè)普通電表替換成互動(dòng)式電表，這樣馬耳他的電廠就能實(shí)時(shí)監(jiān)控用電，并制定不同的電價(jià)來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)約用電的用戶。這個(gè)工程價(jià)值高達(dá)9100萬(wàn)美元（合7000萬(wàn)歐元），其中包括在電網(wǎng)中建立一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測(cè)到潛在問(wèn)題。 IBM將會(huì)提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，降低成本以及該國(guó)碳密集型發(fā)電廠的排放量。

23、2009年2月10日，谷歌表示已開(kāi)始測(cè)試名為谷歌電表PowerMeter的用電監(jiān)測(cè)軟件。這是一個(gè)測(cè)試版在線儀表盤，代表著谷歌正在成為信息時(shí)代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設(shè)的一部分華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過(guò)專家組的驗(yàn)收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無(wú)需在不同系統(tǒng)和平臺(tái)間頻繁切換，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)綜合運(yùn)行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過(guò)搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務(wù)市場(chǎng)品質(zhì)分析平臺(tái)，能有效提升調(diào)度部門對(duì)并網(wǎng)電廠管理的標(biāo)準(zhǔn)化和流程化水平。美

24、國(guó)谷歌2009年3月3日向美國(guó)議會(huì)進(jìn)言，要求在建設(shè)“智能電網(wǎng)（Smart Grid）”時(shí)采用非壟斷性標(biāo)準(zhǔn)。2010年1月12日，國(guó)家電網(wǎng)公司制定了關(guān)于加快推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的意見(jiàn)，確定了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標(biāo)。2011年3月1日，國(guó)家電網(wǎng)750kV延安洛川智能變電站成功投運(yùn)，這座世界最高電壓等級(jí)的智能變電站。1.3 現(xiàn)階段我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r而我國(guó)電力工業(yè)面臨著類似于歐美國(guó)家的情況：在宏觀政策層面， 電力行業(yè)需要滿足建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求，適應(yīng)氣候變化；在市場(chǎng)化改革層面，交易手段與定價(jià)方式正在改變，市場(chǎng)供需雙方的互動(dòng)將會(huì)越來(lái)越頻繁。這說(shuō)明智能電網(wǎng)建設(shè)也將成為我國(guó)

25、電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)新方向。目前，中國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的條件已經(jīng)具備，通過(guò)智能電網(wǎng)建設(shè)， 電力各領(lǐng)域都將發(fā)生飛躍和提升，電網(wǎng)的發(fā)展也將隨之深刻變化。我國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)與其他國(guó)家有所差別。外國(guó)智能電網(wǎng)更多地關(guān)注配電領(lǐng)域。目前，我國(guó)需要更密切地關(guān)注智能輸電網(wǎng)領(lǐng)域，把特高壓電網(wǎng)的發(fā)展融入其中，保證電網(wǎng)的安全可靠和穩(wěn)定，提升駕馭大電網(wǎng)安全運(yùn)行的能力。另外，我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)正在轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式，用戶的用電行為也在發(fā)生變化。以建設(shè)智能電網(wǎng)為抓手，能夠比較方便地建成滿足未來(lái)需要的下一代電力網(wǎng)絡(luò)。要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化目標(biāo)，有許多技術(shù)需要進(jìn)行研究。其中輸電網(wǎng)中基于相量測(cè)量單元的廣域測(cè)量系統(tǒng)、柔性 交流輸電和配電網(wǎng)中分布式發(fā)電、自動(dòng)

26、抄表、需求側(cè)管理等很多技術(shù)，在智能電網(wǎng)概念提出前就已經(jīng)在研究，并且取得了不錯(cuò)的成績(jī)。智能電網(wǎng)的發(fā)展，會(huì)讓這些技術(shù)提高到新的層次，并使研發(fā)工作更有用武之地。此外還要開(kāi)發(fā)諸如儲(chǔ)能技術(shù)、先進(jìn)的雙向式自動(dòng)計(jì)量表計(jì)設(shè)施、風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的接入技術(shù)、微電網(wǎng)等一系列新的技術(shù)。智能電網(wǎng)也需要不斷整合和集成企業(yè)資產(chǎn)管理和電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺(tái)，從而為電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理提供全方位的信息服務(wù)。國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)的SG18612程，為構(gòu)建智能電網(wǎng)打下了基礎(chǔ)。各項(xiàng)工作的推進(jìn)，讓智能電網(wǎng)正從設(shè)想進(jìn)入現(xiàn)實(shí)，這是一項(xiàng)艱難的任務(wù)，也是一個(gè)誘人的挑戰(zhàn)。1.4 本文研究的主要內(nèi)容本文在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)全面分析了電動(dòng)

27、汽車負(fù)荷接入電網(wǎng)后產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響。圍繞這個(gè)任務(wù)，論文進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的分析探索。首先，介紹了五種的影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)的因素；其次，說(shuō)明了諧波對(duì)電網(wǎng)的影響；然后，以電動(dòng)汽車負(fù)荷為例，運(yùn)用Matlab仿真軟件分析其接入電網(wǎng)后的影響；最后，一出一種負(fù)荷的優(yōu)化解決措施來(lái)盡可能減小大量電動(dòng)汽車并網(wǎng)后的影響。2 影響智能電網(wǎng)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)的因素2.1 智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度的研究意義智能電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向，不管是對(duì)于電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)，都會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是，電網(wǎng)智能化在取得重大發(fā)展進(jìn)步的時(shí)候，與此同時(shí)，電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中所面臨的潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素是不容忽視的，如果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響不能準(zhǔn)確把握，這將

28、會(huì)給智能電網(wǎng)帶來(lái)不可估量的損失。因此，運(yùn)用科學(xué)的方法有效地開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以指引決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃，從而來(lái)避免盲目的投資以及重大風(fēng)險(xiǎn)損失，這對(duì)于智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)具有重要的工程實(shí)用價(jià)值和發(fā)展參考作用。我國(guó)的智能電網(wǎng)發(fā)展還處于全面建設(shè)的初始階段，其推進(jìn)過(guò)程具有投資規(guī)模大、周期性長(zhǎng)、覆蓋面廣、區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)等特點(diǎn)。在此建設(shè)階段，眾多的隱性和顯性的不確定因素導(dǎo)致智能電網(wǎng)承受著多方面的風(fēng)險(xiǎn)威脅，所以一些關(guān)于智能電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究已初露端倪。國(guó)內(nèi)對(duì)此研究的主要成果有綜述性分析智能電網(wǎng)在不同層面可能經(jīng)歷的風(fēng)險(xiǎn)因素，并對(duì)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了影響程度分析，初步提出了智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本因素結(jié)構(gòu)框架2,3。國(guó)

29、外的研究機(jī)構(gòu)也針對(duì)智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做了大量的研究。如美國(guó)能源部(Department of Energy，DOE)于2009年10月針對(duì)可再生能源接入電網(wǎng)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提出了一個(gè)從生態(tài)環(huán)境、人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面建立的集中式結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)分析框架4。美國(guó)電力科學(xué)研究院(Electric Power Research Institute，EPRI)開(kāi)展的資產(chǎn)管理和智能電網(wǎng)實(shí)踐過(guò)程中的集成化變電站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目以及高級(jí)量測(cè)體系(advanced metering infrastructure，AMI)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全需求項(xiàng)目5,6。美國(guó)加利福尼亞州能源研究機(jī)構(gòu)提出了智能電網(wǎng)安全性：統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)管

30、理辦法7。還有歐洲一些國(guó)家關(guān)注的是智能電網(wǎng)的不確定性以及帶來(lái)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)對(duì)智能電網(wǎng)可預(yù)見(jiàn)的組成分析以及對(duì)技術(shù)、業(yè)務(wù)、經(jīng)濟(jì)、政策驅(qū)動(dòng)的分析來(lái)識(shí)別并指出其所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)8,9。2.2 各個(gè)因素對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度的影響風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是指對(duì)面臨的尚不明顯的各種潛在的不確定性因素進(jìn)行全面、系統(tǒng)的歸類分析，進(jìn)而揭示風(fēng)險(xiǎn)及其性質(zhì)的過(guò)程10。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基本任務(wù)就是辨識(shí)、了解風(fēng)險(xiǎn)的類型及其可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果和影響。智能電網(wǎng)目前處于全面建設(shè)的起步階段，盡管有部分風(fēng)險(xiǎn)因素在試點(diǎn)項(xiàng)目中已經(jīng)顯露出來(lái)，但是深層次、隱性的風(fēng)險(xiǎn)因素還需要進(jìn)一步發(fā)掘，以便可以前瞻性地預(yù)測(cè)智能電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展建設(shè)過(guò)程中隨時(shí)間推遲出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)

31、過(guò)程中帶來(lái)的不確定性，并且確保智能電網(wǎng)的順利推進(jìn)，首先必須準(zhǔn)確把握國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)及能源等各項(xiàng)政策，改革方向以及省市政府層面的政策導(dǎo)向，確保智能電網(wǎng)的發(fā)展符合國(guó)家戰(zhàn)略政策，同時(shí)能有效服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展；其次，要確保電網(wǎng)公司管理方面的穩(wěn)定正常運(yùn)作，保證公司良性發(fā)展，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供可靠的環(huán)境保障；第三，有效控制系統(tǒng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防和應(yīng)對(duì)各種危害系統(tǒng)安全的狀況發(fā)生，在電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下有效開(kāi)展智能電網(wǎng)建設(shè)；第四，確保智能電網(wǎng)的發(fā)展有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，必須格外關(guān)注金融方面對(duì)智能電網(wǎng)推進(jìn)的影響作用；最后，技術(shù)作為智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要特征之一，其發(fā)展水平對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)程度有著標(biāo)志性的影響

32、。因此，下面簡(jiǎn)單介紹政策風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)等對(duì)電網(wǎng)的影響，全面識(shí)別出智能電網(wǎng)中的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。（1）政策風(fēng)險(xiǎn)：近期，盡管智能電網(wǎng)起步迅速，但國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)相關(guān)的扶持政策仍不夠完善，電網(wǎng)企業(yè)對(duì)政策的承受力不夠強(qiáng)，政策風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的可能性和后果相對(duì)較大；在發(fā)展的中期和遠(yuǎn)期，政策完善程度越來(lái)越高，漸成體系，并趨于平穩(wěn)，政策風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的后果將有所減小，出現(xiàn)的可能性將有所降低。（2）市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)：從近期到遠(yuǎn)期，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展以及對(duì)資金需求的增大，電網(wǎng)資產(chǎn)負(fù)債率有逐年攀升的可能，引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)后果會(huì)增大。投資、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)交易等活動(dòng)，任何時(shí)間點(diǎn)都有可能出現(xiàn)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，并且可能性大致相同

33、，因此在智能電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)展階段，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)都可能出現(xiàn)。（3）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備以及智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面未取得突破之前，這些方面存在的風(fēng)險(xiǎn)都將是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要制約因素。近期和中期，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等都還不完善和成熟，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)幾乎肯定存在，并且不利于智能電網(wǎng)迅速向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，風(fēng)險(xiǎn)的影響較大；遠(yuǎn)期看來(lái)，隨著科技水平的發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的后果和可能性會(huì)有所降低。（4）安全風(fēng)險(xiǎn)：近期，由于信息網(wǎng)絡(luò)和用戶終端信息網(wǎng)均未形成規(guī)模，安全風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為電力系統(tǒng)自身的安全風(fēng)險(xiǎn)；隨著時(shí)間發(fā)展包括用戶的整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)將初具規(guī)模，風(fēng)險(xiǎn)的影響和可能性將增加；發(fā)展到遠(yuǎn)期，信息安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等方面越來(lái)越成

34、熟之后，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性和后果會(huì)有所降低。（5）管理風(fēng)險(xiǎn)：近期，智能電網(wǎng)投資項(xiàng)目眾多，智能電網(wǎng)的專業(yè)技術(shù)人員缺乏，物資和財(cái)務(wù)還處于粗放型管理，因此管理風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和危害后果很高；隨著智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和管理模式向集約化管理轉(zhuǎn)變，管理風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和后果在逐漸減小。安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是目前的研究熱點(diǎn)，包括暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、電網(wǎng)諧波風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的在線技術(shù)等。今后應(yīng)研究如何將現(xiàn)有方法用于智能電網(wǎng)，以充分考慮智能電網(wǎng)帶來(lái)的新的不確定因素。本文主要通過(guò)研究用戶側(cè)負(fù)荷波動(dòng)產(chǎn)生諧波進(jìn)而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響11。2.3 諧波的定義、危害以及對(duì)電網(wǎng)的影

35、響諧波在國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)中的定義為:“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，它的頻率是基波頻率的整數(shù)倍”。因?yàn)槠漕l率為基波頻率的整數(shù)倍，我們也常稱其為高次諧波。對(duì)于諧波次數(shù)來(lái)說(shuō)，我們用諧波頻率和基波頻率之比表示。習(xí)慣上，電力系統(tǒng)的工頻就是基波頻率。在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開(kāi)關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器會(huì)呈現(xiàn)比較大的背離正弦曲線波形。諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣

36、老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下四個(gè)方面：(1)電網(wǎng)中的各部分元件因?yàn)橹C波的存在產(chǎn)生了大量的附加損耗，用電設(shè)備的效率大大降低，大量諧波流過(guò)中性線時(shí)會(huì)使線路過(guò)熱，嚴(yán)重的話會(huì)發(fā)生火災(zāi)。(2)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部過(guò)熱。(3)諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣

37、測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。(4)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。3 電動(dòng)汽車負(fù)荷并網(wǎng)產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)的影響3.1 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)規(guī)?；妱?dòng)汽車的電力需求將為電網(wǎng)帶來(lái)壓力和挑戰(zhàn)。電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響可體現(xiàn)在發(fā)電、輸電和配電層面。關(guān)于電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響已有多篇文獻(xiàn)在不同計(jì)算條件下進(jìn)行了評(píng)估。由于考查案例和計(jì)算方法的不同，關(guān)于電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響出現(xiàn)了不同的結(jié)論。電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的不確定性，取決于電動(dòng)汽車的數(shù)量、充電地點(diǎn)、充電功率、用戶行為、與原有負(fù)荷高峰在時(shí)間和空間上的關(guān)聯(lián)程度等。在發(fā)電和輸電層面，電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響與電動(dòng)汽車的總體數(shù)

38、量以及用戶行駛和充電的統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)。而在配電網(wǎng)層面，電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響還與充電設(shè)施的分布以及各特定區(qū)域和場(chǎng)所下的用戶使用特性有關(guān)。規(guī)?；妱?dòng)汽車的充電需求加劇了電網(wǎng)的升級(jí)改造壓力，在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)下，電網(wǎng)需要通過(guò)更加高效的手段，維持系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。電動(dòng)汽車的移動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)造成其對(duì)電網(wǎng)影響的不確定性，同時(shí)也使其充電需求具備一定的靈活性。將電動(dòng)汽車視為可控負(fù)荷和移動(dòng)式儲(chǔ)能單元，減少其對(duì)電網(wǎng)的不利影響，并利用其為電網(wǎng)提供支持也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。3.2 電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的分類電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響可根據(jù)考察的空間范圍、層面和評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行劃分。在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中，電動(dòng)汽車的影響可涉及發(fā)電、輸電和配

39、電層面；在空間領(lǐng)域，可以從全網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)乃至某小區(qū)供電范圍內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車的影響進(jìn)行考察；根據(jù)考查對(duì)象，評(píng)估的指標(biāo)可劃分為設(shè)備負(fù)載率、設(shè)備壽命、電能質(zhì)量(諧波水平、壓降、閃變、不對(duì)稱)、網(wǎng)損、可靠性、容量等。從影響層面看，關(guān)于電動(dòng)汽車對(duì)發(fā)電和輸電影響的研究集中在發(fā)電和輸電容量對(duì)電動(dòng)汽車電量和電力需求的容納能力。如文獻(xiàn)12考慮電動(dòng)汽車傍晚充電和夜間充電2種情景，指出在傍晚充電情景下，電動(dòng)汽車將使電網(wǎng)峰值負(fù)荷發(fā)生較大增長(zhǎng)，到2030年美國(guó)13個(gè)供電區(qū)域中將有10個(gè)區(qū)域需要新增裝機(jī)以滿足電動(dòng)汽車電能需求。文獻(xiàn)13以澳大利亞珀斯地區(qū)為案例，參照傳統(tǒng)車輛行駛統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行計(jì)算，指出若該地區(qū)所有乘用車替換為電動(dòng)

40、汽車，現(xiàn)有輸電線路和變電站可滿足100%車輛的需求，但如果不增加該地區(qū)的裝機(jī)容量，需要在負(fù)荷高峰日對(duì)93%的車輛進(jìn)行管理。對(duì)于電動(dòng)汽車對(duì)發(fā)電和輸電的影響，一些文獻(xiàn)還從經(jīng)濟(jì)性角度針對(duì)電動(dòng)汽車對(duì)發(fā)電和輸電的影響進(jìn)行了評(píng)估，如文獻(xiàn)14在電動(dòng)汽車不同充電場(chǎng)景下，計(jì)算了電網(wǎng)為提高發(fā)電和輸電容量所投入的成本。關(guān)于電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)的影響集中在線路和變壓器負(fù)載率、設(shè)備壽命、網(wǎng)損、可靠性、壓降、不平衡和諧波等問(wèn)題的評(píng)估。文獻(xiàn)15對(duì)帶有不同數(shù)量電動(dòng)汽車的變壓器熱點(diǎn)溫度進(jìn)行了計(jì)算，得出嚴(yán)重情況下電動(dòng)汽車充電負(fù)荷將使變壓器壽命降低12%。文獻(xiàn)16對(duì)某城市生活區(qū)的89條10kV線路進(jìn)行考查,結(jié)果表明，當(dāng)該區(qū)域電動(dòng)汽車滲

41、透率達(dá)到20%以上時(shí)，線路末端壓降將出現(xiàn)越限。文獻(xiàn)17對(duì)IEEE 34節(jié)點(diǎn)饋線測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算，指出電動(dòng)汽車充電引起的線損和壓降在進(jìn)行優(yōu)化充電管理后仍不可忽視。文獻(xiàn)18、19分別對(duì)電動(dòng)汽車充電引起的不對(duì)稱、諧波水平進(jìn)行了計(jì)算，指出電動(dòng)汽車達(dá)到一定數(shù)量后，公共母線電壓的不對(duì)稱度和諧波畸變率將超出標(biāo)準(zhǔn)允許范圍。除上述電動(dòng)汽車對(duì)發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)的影響外，電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響還涉及到電力市場(chǎng)、電網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)等方面的內(nèi)容20-23。對(duì)電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用后，電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)和CO2排放的變化也是研究的內(nèi)容之一24-25。本文主要通過(guò)MATLAB/Simulink軟件對(duì)電動(dòng)汽車負(fù)荷充電模型進(jìn)行仿真，模擬其

42、充電過(guò)程中產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，并提出一種假設(shè)，合理安排電動(dòng)汽車充電時(shí)間，以減小甚至消除其對(duì)電網(wǎng)的影響。3.3 電動(dòng)汽車的幾種等效充放電模型為了更好的研究電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響，我們采用一種等效電路的模型來(lái)模擬其在充電過(guò)程中電動(dòng)汽車蓄電池的各個(gè)參數(shù)變化的情況。蓄電池系統(tǒng)建?？梢苑譃殡娀瘜W(xué)模型、數(shù)學(xué)模型和電氣模型。其中電化學(xué)模型可以反映電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理及相關(guān)電池設(shè)計(jì)參數(shù)，用于優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是這類模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其參數(shù)受電池結(jié)構(gòu)、材料、尺寸等具體因素影響，難以計(jì)算和確定，不適用于控制設(shè)計(jì)。目前用于蓄電池的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)學(xué)理方法雖然可以在系統(tǒng)、設(shè)計(jì)中預(yù)測(cè)電池運(yùn)行時(shí)間、效率、容量等

43、系統(tǒng)層面的特性，但是由于數(shù)學(xué)模型大多要進(jìn)行很多的簡(jiǎn)化，往往僅適用于某些特定場(chǎng)合，并且有較大誤差，結(jié)果也不能表現(xiàn)電池充放電電壓電流等，因此不能用于電路設(shè)計(jì)仿真關(guān)鍵特性的分析中。電氣模型使用電壓源、電阻、電容組成電路，模擬電池的動(dòng)態(tài)特性，更加直觀方便使用，非常適合與電路結(jié)合進(jìn)行仿真試驗(yàn)，精確度介于電化學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型之間。電池電氣模型又可以分為等效電路模型，交流阻抗模型和運(yùn)行時(shí)間模型三類。其中等效電路是目前應(yīng)用最為廣泛的電池模型，可以用來(lái)模擬電池的動(dòng)態(tài)特性。與其他電池性能模型相比，采用等效電路模型還可寫出解析的數(shù)學(xué)方程便于分析和應(yīng)用，模型的參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)容易執(zhí)行，而且可對(duì)電池的全SOC（SOC：st

44、ate of charge的縮寫，電池行業(yè)用語(yǔ)，指荷電狀態(tài)，又稱剩余容量，當(dāng)蓄電池使用一段時(shí)間或長(zhǎng)期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。SOC=1即表示為電池充滿狀態(tài)，控制蓄電池運(yùn)行時(shí)必須考慮其荷電狀態(tài)。）范圍進(jìn)行建模，在模型中也更容易考慮溫度的影響。等效電路模型再可以進(jìn)一步分為Rint，RC，Thevenin，PNGV和GNL模型，其中Thevenin等效電路模型是一種基本等效電路模型，PNGV模型和GNL模型是在Thevenin等效電路模型基礎(chǔ)上改進(jìn)后的等效電路模型，在實(shí)際應(yīng)用中更加實(shí)用和精確。由于電池的直流特性、容量特性和暫態(tài)響應(yīng)等都是電動(dòng)汽車及其充電最關(guān)鍵

45、的參數(shù)，因此改進(jìn)的等效電路模型應(yīng)用最廣。（1）Rint模型圖3.1所示的Rint模型（也稱內(nèi)阻模型）由美國(guó)愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，它用理想電壓源的電勢(shì)描述電池的開(kāi)路電壓。電池內(nèi)阻值，開(kāi)路電壓是SOC和溫度的函數(shù)。圖3.1 Rint模型（2）RC模型圖3.2所示RC模型由著名電池生產(chǎn)商SAFT公司設(shè)計(jì)。模型由2個(gè)電容和3個(gè)電阻構(gòu)成，其中大電容描述電池的容量，小電容描述電池電極的表面效應(yīng)，電阻稱為端電阻，電阻稱為終止電阻，電阻稱為容性電阻。模型中電池的負(fù)極定義為零電勢(shì)點(diǎn)。 圖3.2 RC模型（3）Thevenin模型圖3.3是Thevenin模型，該模型通過(guò)理想電壓源的來(lái)描述電池開(kāi)路電壓，用一個(gè)串聯(lián)

46、電阻和一個(gè)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（電池極化阻抗和極化阻抗周圍的電容）來(lái)預(yù)測(cè)電池在某一SOC下對(duì)瞬時(shí)負(fù)載的響應(yīng)。假定開(kāi)路電壓不隨SOC變化，因此該模型只能表現(xiàn)電池在某個(gè)SOC下的暫態(tài)響應(yīng)，不能表現(xiàn)電池穩(wěn)態(tài)電壓變化，也不能預(yù)測(cè)電池運(yùn)行時(shí)間，不能表現(xiàn)電池開(kāi)路電壓與SOC的關(guān)系，也不能預(yù)測(cè)電池的運(yùn)行時(shí)間與充放電管理。在該電路基礎(chǔ)上增加原件，例如電容器，則構(gòu)成了一些派生電路，具有較好的模擬效果。 圖3.3 Thevenin模型（4）PNGV模型圖3.4所示的PNGV模型是2001年P(guān)NGV電池試驗(yàn)手冊(cè)提出的等效電路模型，在2003年FreedomCAR電池試驗(yàn)手冊(cè)中也被定義為FreedomCAR模型。模型中為理想電壓

47、源的電池開(kāi)路電壓；為歐姆內(nèi)阻；為電池極化阻抗；為極化阻抗周圍的電容；表征開(kāi)路電壓與負(fù)載電流的時(shí)間積分的變化關(guān)系。此模型是一線性集總參數(shù)等效電路，可以用來(lái)預(yù)測(cè)HPPC脈沖負(fù)載條件下的電池端電壓變化。當(dāng)電池進(jìn)行充放電時(shí)，其電流在時(shí)間上的累積引起SOC的變化，從而導(dǎo)致電池開(kāi)路電壓變化，體現(xiàn)在電容器上的電壓變化。電容量既表征了電池的容量，又表征了直流響應(yīng)，彌補(bǔ)了Thevenin模型的缺陷。PNGV模型的內(nèi)阻參數(shù)（+）具有較為明確的物理含義，在不同溫度下辨識(shí)得到的參數(shù)值與同等溫度下電池直流內(nèi)阻比較吻合。模型忽略了，和隨SOC與溫度的變化，這些參數(shù)可以通過(guò)模型參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得不同條件下的數(shù)值求平均值來(lái)近

48、似計(jì)算。 圖3.4 PNGV模型（5）GNL模型目前電動(dòng)汽車常用的各種電池的極化可分為歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化。大量的電池試驗(yàn)結(jié)果表明：電池在放電到終止電壓后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間擱置還可以再進(jìn)行短時(shí)大電流放電；電池在恒流充電或放電時(shí)，要經(jīng)歷一段電壓陡增或陡降的過(guò)程才進(jìn)入電壓平臺(tái)期；電池有自放電現(xiàn)象；電池在過(guò)充電時(shí)放熱增加，庫(kù)侖效率降低；電池的充電內(nèi)阻和放電內(nèi)阻不相等。GNL模型是對(duì)PNGV模型的改進(jìn)與推廣，圖3.5所示的通用性的非線性（General Nonlinear，GNL）等效電路模型可以反映電池的這些特點(diǎn)，該模型可以用于電池單體、電池模塊和電池組。模型中：為負(fù)載電流；為負(fù)載電壓；為開(kāi)路

49、電壓；為放電終止電壓對(duì)應(yīng)的電壓源電壓；為SOC等于0時(shí)的儲(chǔ)能電容；為串聯(lián)電阻（充電時(shí)為，放電時(shí)為）；為儲(chǔ)能大電容，用來(lái)描述由于放電或充電的累積引起的電池開(kāi)路電壓的變化；和分別為較短和較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)極化內(nèi)阻，充電時(shí)為和，放電時(shí)為和；和分別為較短和較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)極化電容；為自放電電阻；為過(guò)充電電阻。圖3.5 GNL模型文獻(xiàn)26從模型精度、模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)辨識(shí)和影響因素四個(gè)方面對(duì)五種等效電路模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。該文獻(xiàn)在比較各模型的誤差后指出：等效電路模型更適用于電池變功率充放電的工作狀態(tài)，滿足電動(dòng)汽車仿真的要求；電壓誤差是等效電路模型的主要誤差；GNL模型的精度最好，PNGV精度和GNL模型的接近，并且

50、明顯高于Rint模型、Thevenin模型和RC模型的精度。在這五種模型中，Thevenin模型、PNGV模型和GNL模型的參數(shù)辨識(shí)方法具有尋優(yōu)的過(guò)程，但是RC模型的參數(shù)辨識(shí)方法沒(méi)有優(yōu)化模型參數(shù)的步驟，不能優(yōu)化模型參數(shù)提高分析精度。從模型結(jié)構(gòu)來(lái)講，GNL模型可以通過(guò)增加中電路元件的方法進(jìn)一步描述電池的電壓變化過(guò)程。從參數(shù)辨識(shí)角度考察，五種模型的參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)均相同，但PNGV和GNL模型的參數(shù)辨識(shí)方法中增加了最優(yōu)時(shí)間常數(shù)選取的環(huán)節(jié)，因而提高了復(fù)雜度，但是GNL模型更復(fù)雜。五種電路模型均能考慮SOC和溫度的影響，在影響因素方面沒(méi)有差異。本文通過(guò)綜合考慮，選取了PNGV模型作為仿真對(duì)象，在MATLA

51、B/Simulink中搭建了具體仿真電路并對(duì)其進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。4 MATLAB仿真4.1 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB最早應(yīng)用于美國(guó)學(xué)者Cleve Moler博士早期的線性代數(shù)領(lǐng)域的教授工作。MATLAB是Matrix Laboratory的簡(jiǎn)稱，它是由美國(guó)Math Works公司生產(chǎn)的一種數(shù)學(xué)軟件，主要包括兩大部分：MATLAB和Simulink。MATLAB根據(jù)其強(qiáng)大的繪圖功能和矩陣運(yùn)算能力、豐富的工具箱以及可視化仿真環(huán)境，迅速成為科研人員得力的應(yīng)用工具。而以Simulink為運(yùn)行環(huán)境的電氣系統(tǒng)模塊Powerlib包含了電路、電力電子和電力系統(tǒng)等常用的仿真模型和元件。其中，如下6個(gè)子模塊庫(kù)

52、構(gòu)成了電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)：（1）負(fù)荷模塊庫(kù)。包括同步電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、勵(lì)磁裝置、永磁同步電動(dòng)機(jī)等。（2）測(cè)量模塊庫(kù)。包括電流和電壓測(cè)量等。（3）電源模塊庫(kù)。包括交流電流源、交直流電壓源、可控電流和可控電壓源等。（4）連接模塊庫(kù)。包括母線、中性點(diǎn)等。（5）基本元件模塊庫(kù)。包塊互感器、變壓器、斷路器、RCL負(fù)載線路等。（6）電力電子模塊庫(kù)。包括理想開(kāi)關(guān)、二極管、GTO和晶閘管等。綜上可知，MATLAB的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)能夠在Simulink中簡(jiǎn)單快捷的搭建電路，高效準(zhǔn)確的完成仿真分析，并且完成電壓電流的波形輸和采樣值輸出，同時(shí)完成有功功率（無(wú)功功率）和功率因數(shù)的測(cè)量計(jì)算。Matlab/Simu

53、link是設(shè)計(jì)和分析復(fù)雜電氣系統(tǒng)的有效方法和手段。4.2 仿真原理圖1 圖4.1 仿真原理圖1在Matlab/Simulink中搭建電路模型，如圖4.1所示，設(shè)置電路中元件的參數(shù)；按照有功功率由電壓電流瞬時(shí)值在一個(gè)周期的積分構(gòu)成，在這里對(duì)電壓電流采樣一個(gè)周期，在仿真電路中，電壓測(cè)量元件（U）的采樣間隔時(shí)間設(shè)置為0.0002S，采樣持續(xù)時(shí)間設(shè)置為0.1S，總共采集到500個(gè)數(shù)據(jù)。接著，對(duì)系統(tǒng)干路、非線性支路和電動(dòng)汽車負(fù)荷之路電流測(cè)量元件進(jìn)行相同的參數(shù)設(shè)置。完成設(shè)置后進(jìn)行仿真運(yùn)行。仿真完后，工作空間里分別得到公共點(diǎn)電壓及系統(tǒng)干路、非線性負(fù)荷、電動(dòng)汽車負(fù)荷電流的采樣值。將采樣值保存成.txt格式，同

54、時(shí)在command window中編程，完成對(duì)存儲(chǔ)成.txt格式的電流電壓采樣值進(jìn)行傅立葉變換，然后可獲得電壓、電流的頻譜圖和相位圖。如圖4.2、圖4.3、圖4.4、圖4.5所示，分別對(duì)應(yīng)為公共點(diǎn)電壓、系統(tǒng)支路、非線性負(fù)荷支路和電動(dòng)汽車負(fù)荷電流的原始圖、頻譜圖和相位圖。圖4.2系統(tǒng)公共點(diǎn)電壓U圖4.3 系統(tǒng)干路電流Is圖4.4非線性負(fù)荷支路電流I1圖4.5 電動(dòng)汽車負(fù)荷支路電流I2在頻譜圖和相位圖利用數(shù)據(jù)光標(biāo)讀取數(shù)據(jù)，即可得到各次諧波電壓電流的幅值和相角值。有功功率的公式為： ( 4-1) 由公式（4-1）可知，根據(jù)得到的各次電壓電流幅值和它們的相角值，可求出各次諧波的有功功率值，所以我們能夠

55、計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)出的有功功率、非線性負(fù)荷吸收的有功功率、電動(dòng)汽車負(fù)荷吸收的有功功率。計(jì)算結(jié)果如表4.1、表4.2、表4.3所示。表4.1 系統(tǒng)發(fā)出的有功功率諧波次數(shù)電壓有效值（V）電壓相角（rad）系統(tǒng)電流Is（A）電流相角（rad）（rad）各次諧波有功值（W）1248.32-1.537-1.8410.30400.95403.12220.35330.67442.189-1.5150.0562030.40851.662-1.5153.177-0.999440.18121.8191.4500.36900.932750.21621.645-2.7094.344-0.360160.15811.9280.75401.1740.386570.13891.7032.725-1.0220.521780.13201.9170.028111.889-0.312890.10371.8342.038-0.20400.9793100.10791.904-0.86432.768-0.9311表4.2 非線性負(fù)荷吸收有功功率諧波次數(shù)電壓有效值（V）電壓相角（rad）支路電流I1（A）電流相角（rad）（rad）各次諧波有功值（W）1248.32-1.537-1.8560.31900.94952.9684720.35330.67442.189-1.5150.0562030.40851.662-1.5153