电动汽车与智能电网融合系统的建模与协调控制

电动汽车已成为世界汽车工业发展的必然趋势，它作为移动储能装置也是智能电网必不可少的关键环节。电动汽车大规模接入智能电网必将引发一系列不容忽视的严峻问题：符合用户行为的随机充放电会降低电网的运行效率，导致电网利益和用户利益产生矛盾；电池频繁的储能和馈电也将严重缩短其寿命，增加使用成本。因此，研究车网系统协调控制成为解决问题的关键。然而车网系统是一个异常复杂的随机非线性系统，其整体建模、分析和控制都极其复杂且颇具难度，亟待解决。本项目拟运用相关向量机方法建立车网系统的准确模型；研究电动汽车随机充放电的时空特性及对电网的影响；籍此提出兼顾电网运行经济性和用户满意度的多目标优化控制策略；最后建立计及经济、环境和社会效益等的车网融合综合效益评估体系。本项目属于电动汽车、智能电网、控制科学交叉前沿方向，不仅对发展我国电动汽车技术，推进其产业化具有重要意义，而且对相关学科的理论研究和应用有显著促进作用。

电动汽车已成为世界汽车工业发展的必然趋势，其大规模接入智能电网必将引发一系列不容忽视的严峻问题，因此，研究电动汽车智能充电技术成为解决问题的关键。本课题根据电动汽车的运行规律，建立了电动汽车无序常规充电、引导的常规充电、快速充电以及电池更换模式下的充电负荷模型，并以某市电网和车辆统计数据为例，采用蒙特卡罗法研究了电动汽车在不同充电模式下对电网负荷产生的影响。在此基础上，综合考虑电网和用户利益，提出了充电开始时刻参数有效分布区间，在该区间内电动汽车可直接接入住宅区现有配电系统，不需增加配电容量，且峰值负荷、峰谷差以及充电费用能达到综合最优；同时基于分时电价制度和电动汽车可入网的情况，建立了计及电网负荷波动及用户成本的多目标优化模型，采用交叉遗传粒子群算法求解得到次日优化充放电计划。针对车载充电机为非线性负载，其大规模接入将给小区配电网带来很大的谐波的问题，建立了含车载充电机的住宅区传统三相配电网和新型单相配电网仿真模型，结合对配电变压器阻抗特性的研究，对比分析了两种配电模式下不同数量电动汽车接入充电产生谐波的变化规律。动力电池SOC估计、均衡控制以及快速充电技术是电动汽车智能充电控制的重要保障，基于Lipschitz非线性系统观测器设计理论，提出了一类电池SOC估计新方法；提出了一种基于升压变换和LC谐振变换的零电流开关Cell-to-Cell均衡电路，可实现电池组中电压最高的电池单体对电压最低的电池单体的直接均衡，有效提高了均衡效率；提出了一种电动汽车动力电池快速充电系统和方法，设计了隔离式半桥DC/DC电路和去极化电路结合的新型电路拓扑结构，采用涓流充电-大电流充电-去极化充电-浮充充电四阶段充电方法，以及基于灰色模型预测理论的电压终止判断，从而达到快速充电、提高效率和电池寿命的目的。建设了包括两台智能一体化快速充电机、两台交流充电桩以及四个专用电动汽车充电测试车位的电动汽车智能充电试验平台，并开展了相关试验研究。