【文章內(nèi)容簡介】 預(yù)測具體實現(xiàn)途徑 修正配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測大規(guī)模電動汽車的接入，給傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測增加了新的不確定因素。電動汽車接入會改變負(fù)荷曲線的形狀，負(fù)荷指標(biāo)也會有所變化，因而傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測需要做出相應(yīng)的調(diào)整。電動汽車的充電模式不同，所對應(yīng)的負(fù)荷密度也不相同。這就涉及到如何給中電動汽車負(fù)荷進(jìn)行歸類或者修改其他負(fù)荷類型的密度指標(biāo)問題。依據(jù)充電模式的不同，電動汽車典型負(fù)荷密度指標(biāo)如下表31表31 電動汽車典型預(yù)測具體實現(xiàn)途徑充電模式充電時間充電電流大小充電電壓充電機(jī)數(shù)量負(fù)荷密度指標(biāo)是否為獨立用地性質(zhì)快速充電20min~2h250A~400A400V610臺大是慢速充電5h~20h10A~15A220V10臺小否地面充電20~2h/5h~20h10A~15A/250A~400A400V10臺大是電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)引起城市配電網(wǎng)負(fù)荷密度發(fā)生變化，新的用地性質(zhì)將會出現(xiàn)，負(fù)荷點的變動將影響變電站的布點，而變電站的布點將反過來影響充電站的位置，所以電動汽車充電站的規(guī)劃應(yīng)與城市配電網(wǎng)規(guī)劃同時進(jìn)行。由表31可知，電動汽車快速充電的負(fù)荷密度指標(biāo)非常大，需要專項規(guī)劃，避免出現(xiàn)供電不足等現(xiàn)象。另外，電動汽車大規(guī)模接入城市配電網(wǎng)，若不加以控制，將導(dǎo)致電網(wǎng)瞬時功率非常大，且需要更多的備用容量，導(dǎo)致降低電網(wǎng)的供電可靠性。由于電動汽車充電設(shè)施建設(shè)的位置不同，不同充電模式的負(fù)荷密度指標(biāo)差別很大，所以不能將電動汽車歸為一類。電動氣車快速充電站和地面充電系統(tǒng)一般都作為獨立用地性質(zhì)建設(shè)的，所以采用這兩種充電模式的電動汽車可以歸為一類，而普通慢速充電設(shè)施一般都建立在居民小區(qū)或是停車場等公共場合，所以采用慢速充電的電動汽車充電負(fù)荷需與其他負(fù)荷組合為一類。經(jīng)過修正后的城市電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測實現(xiàn)途徑如圖32。圖32 城市負(fù)荷預(yù)測修正后的實現(xiàn)途徑 本章小結(jié)城市配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測旨在提供城市的發(fā)展?fàn)顩r及水平,同時確定各個供電區(qū)以及整個規(guī)劃區(qū)的供用電量、最大負(fù)荷、總負(fù)荷的發(fā)展水平、用電負(fù)荷的構(gòu)成和負(fù)荷分布情況。電動汽車大規(guī)模接入后會導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)新增大量用電設(shè)備，而這些用電設(shè)備又存在較大的隨機(jī)性,會給傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測增加了新的不確定因素，電動汽車接入會改變負(fù)荷曲線的形狀,負(fù)荷指標(biāo)也會有所變化。因而傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測需要做出相應(yīng)的調(diào)整。電動汽車的充電模式不同,所對應(yīng)的負(fù)荷密度也不相同，所對應(yīng)的負(fù)荷密度也不同。這就需要我們通過對電動汽車負(fù)荷進(jìn)行合理的負(fù)荷分類或修改其他負(fù)荷類型的密度指標(biāo)來進(jìn)行相對較為準(zhǔn)確的配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測，對以后的城市配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。第4章 電動汽車充電機(jī)（站）仿真模型 第4章 電動汽車充電機(jī)（站）仿真模型電動汽車的大規(guī)模接入對城市配電網(wǎng)的影響是由電動汽車通過充電機(jī)充電這個過程體現(xiàn)出來的。充電機(jī)（站）是一種典型的采用電力電子技術(shù)的大功率非線性設(shè)備，因此電動汽車大規(guī)模接入配電網(wǎng)時勢必會嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。 充電機(jī)的結(jié)構(gòu)大功率純電動汽車充電機(jī)的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示，三相電網(wǎng)輸入交流電，經(jīng)過三相橋式不可控整流電路整流變成直流電，濾波后提供給高頻DCDC功率變換器，功率變換器經(jīng)過直直變換輸出需要的直流，再次濾波后為純電動汽車蓄電池充電。其中，高頻DCDC變換頻率在20kHZ以上，在這里即可起隔離作用，同時減小變壓器和濾波器等設(shè)備的體積，也可提高濾波效果和充電機(jī)效率。圖41 充電機(jī)一般結(jié)構(gòu)框圖 充電機(jī)等效模型在Matlab中高頻功率變換器建模比較復(fù)雜，且計算量大，不利于觀察整個充電過程電流的變化情況，因此設(shè)想將其近似等效。相對于工頻周期(()來說，動力蓄電池充電過程所需時間很長(46h )，則在一個至幾個工頻周期內(nèi)，都可以認(rèn)為圖41中充電機(jī)的輸出電流I0和輸出電壓U0是恒定的直流，即認(rèn)為圖1中的I0、U0均為常數(shù)。這樣，高頻功率變換電路工作于恒功率狀態(tài)，當(dāng)輸入電壓升高時，輸入電流必須相應(yīng)的降低，可以用一個非線性電阻(Rc)來近似模擬高頻功率變換電路的等效輸入阻抗，第5章的仿真驗證這種等效可以取得較好的近似效果。將高頻功率變換電路等效成非線性電阻有助于簡化充電機(jī)(站)的Matlab建模與仿真。非線性電阻Rc可近似表示為 （41）式中——充電機(jī)效率——功率變換電路的輸入電壓，單位V；——功率變換電路的輸入電流，單位A；——功率變換電路的輸出電壓，單位V；——功率變換電路的輸出電流，單位A。從而，高頻充電機(jī)的等效模型如圖42中所示。其中，為線路及電感等的等效電阻，阻值較小，一般可忽略。圖42 充電機(jī)等效模型 充電機(jī)仿真模型建立 仿真軟件選擇課題采用Matlab/Simulink軟件作為研究工具。Matlab是英文Matrix Laboratory(矩陣實驗室)的縮寫，它是由美國Math Works公司于1984年推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學(xué)計算系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為(IEEE評述)國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一。該軟件有三大特點:功能強大；界面友好、語言自然；開放性強。Matlab已成為應(yīng)用科學(xué)計算機(jī)輔助分析、設(shè)計、仿真、教學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)。Matlab包括了被稱作工具箱(Toolbox的各類應(yīng)用問題的求解工具。工具箱實際上是對MATLAB軟件進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用的一系列MATLAB函數(shù)(稱為M函數(shù)文件)，它可用于許多學(xué)科門類的數(shù)據(jù)處理與問題分析。1990年Math Works公司為Matlab提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具—Simulink。此軟件有兩個明顯的功能:仿真與連接。只需使用鼠標(biāo)將功能模塊拖放到模型編輯窗口，并將它們連接起來，就可以快速地建立動態(tài)系統(tǒng)仿真模型，然后利用該軟件提供的功能對系統(tǒng)進(jìn)行直接仿真。在本論文中，主要采用SimPowerSystems工具箱里的器件模型建立仿真模型。該工具箱里包含典型的電力設(shè)備的模型，如變壓器、線路、發(fā)電機(jī)等，而源模塊(Source)和接收模塊((Sinks)則提供了信號源和結(jié)果輸出設(shè)備。（1）Simulink的特點Simulink是一個用來進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)仿真、建模和分析的集成軟件包，它不但支持線性系統(tǒng)仿真，也支持非線性系統(tǒng)仿真，即可進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿真，也可進(jìn)行離散系統(tǒng)仿真或二者的混合系統(tǒng)仿真，同時它還支持具有多種采樣速率的系統(tǒng)仿真。Simulink比傳統(tǒng)的仿真軟件包更直觀、方便和靈活，它充分地利用了圖形窗口技術(shù)，用戶可以很容易用鼠標(biāo)拖拉來創(chuàng)建線性的、離散的、連續(xù)的和混合模型，用它進(jìn)行仿真和分析就好像是用筆在紙上繪圖一樣容易。同時Simulink還可以和Matlab, C等其他軟硬件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，從而很方便地完成仿真工作。（2）SimPowerSystem介紹SimPowerSystems(即電力電子系統(tǒng)建模和仿真工具)是在Simulink環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真的先進(jìn)工具。它是Simulink下面的一個專用模塊集，由電氣仿真專家TEQSMI International最初開發(fā)。該模塊集包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電氣系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。模型可與其它Simulink模塊相連接，進(jìn)行一體化的系統(tǒng)級動態(tài)分析。SimPowerSystems的出現(xiàn)，為發(fā)電輸變電系統(tǒng)和電力分配計算方面提供了強有力的解決方法。 充電機(jī)Matlab仿真模型前面已將高頻功率變換電路等效成一個非線性電阻Rc，由此可得電動汽車充電機(jī)的MATLAB/SIMULINK仿真模型如圖43所示。圖43 單臺充電機(jī)的Matlab模型仿真模型由三相不控整流器，LC濾波電路及高頻變換電路的等效輸入阻抗Rc構(gòu)成，輸入conn1~conn3是三相電壓輸入，此模型為典型的六脈沖波整流。 等效電阻Rc的選取前面已經(jīng)分析到，在動力電池充電過程中的某一小段時間內(nèi)，可把充電機(jī)看成是恒功率輸出設(shè)備。在電池充電的不同時間段內(nèi)，可以認(rèn)為其非線性電阻Rc取一恒定值。這樣不違背蓄電池充電規(guī)律，也有助于簡化充電站接入配電網(wǎng)運行時的仿真分析。Rc可近似計算：如上文所述，非線性電阻Rc在整個充電周期內(nèi)是變化的，可根據(jù)實際記錄的蓄電池充電過程數(shù)據(jù)，利用曲線擬合方法，建立充電機(jī)輸出功率曲線。蓄電池充電式的功率經(jīng)驗公式： （42）其中時間t的單位為分鐘，最大輸出功率的單位為kW。則根據(jù)式（42）得到的充電機(jī)輸出功率變化曲線如圖44所示。圖44 充電機(jī)輸出功率的模擬曲線利用式（42）表示的充電機(jī)輸出功率模擬曲線以及式（41）表示的非線性電阻Rc與充電機(jī)輸出功率曲線的關(guān)系，可以得到高頻功率變換器的等效阻抗的變化曲線，如圖45所示。為了簡化過程，本文提出將Rc離散化的思想：充電總時間270min，每十分鐘作為一個采樣點，將全部270分鐘時間化成27個時段，選取對應(yīng)各采樣點的Rc大小，如表41所示。圖45 充電過程中Rc變化曲線表41 Rc的值t/min102030405060708090/Ωt/min100110120130140150160170180/Ωt/min190200210220230240250260270/Ω 充電站(含一臺充電機(jī))仿真模型建立在本文仿真算例中，充電（機(jī)）站公共連接點處電壓等級為10kV，通過10/，給充電機(jī)提供電能。其中變壓器采用Dyn11接線組別的接線方式。單獨的充電機(jī)模型是無法仿真的，因此搭建如圖46所示的帶單臺充電機(jī)的充電站仿真模型，模型中的供電電源、變壓器、整流器均設(shè)定合適的參數(shù)。假設(shè)充電機(jī)（站）多臺充電機(jī)處于相同工作狀態(tài)，Matlab/Simulink環(huán)境下建立充電機(jī)（站）的仿真模型，如圖46所示。圖46 充電站(含一臺充電機(jī))的Matlab模型 仿真模型的驗證為了預(yù)計奧運會充電站用電設(shè)備對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，北京市電力公司試驗研究院于2008年4月1日對奧運會用充電機(jī)進(jìn)行了電能質(zhì)量測試，并對新裝用電負(fù)荷進(jìn)行了分析和計算。、7次諧波電流，實際測得的B相總電流及各次諧波電流值見表43。為了驗證本文所建仿真模型的正確性，將本文仿真測量數(shù)據(jù)(如圖47所示)和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見表43。表43中仿真數(shù)據(jù)的測量采用國標(biāo)規(guī)定的測量方法，即取測量時段內(nèi)各相測量值的95%概率值。圖47 仿真模型驗證圖表43 （）仿真和實測數(shù)