论文总字数：19369字

摘 要

随着能源危机的加重，人们开始寻找新的能源，交通工具的能源也步入要求脱离单纯依靠化石能源的时代。在这种背景下，以车载电池为主要动力来源的电动汽车进入人们的视野，各国政府以及众多民间组织都大力支持电动汽车的研究。电动汽车的技术水平正在飞速发展，其数目也在日益增加，在电动汽车给人们带来方便快捷的同时，其充电问题也值得大家的关注。

本文利用蒙特卡洛模拟方法模拟了电动汽车在自由充电的条件下对电网负荷的影响，并在大规模电动汽车充电所造成的影响的基础上，运用经济学以及消费心理学原理，对电动汽车用户的消费心理进行剖析，提出优化电动汽车负荷的方案，建立了电动汽车的有序充电模型。利用遗传算法对该模型进行优化，寻找最优解。并分析了优化结果的经济效益。

关键词：电动汽车、需求侧响应、蒙特卡洛模拟、遗传算法

ABSTRACT

With the aggravation of the energy crisis, people began to look for new sources of energy, transportation energy requirements also entered from relying solely on fossil energy era. In this context, the car battery-powered electric cars come into people's vision, governments and many civil society organizations strongly support electric vehicles. Technology of electric vehicles is rapidly developing now, whose number is also increasing .The electric cars bring convenience to people at the same time ,its charging problem is worthy of attention.

In this paper, we use the Monte Carlo simulation method to simulate the impact of charging electric vehicles at free conditions on the grid load. On the basis of large-scale impact of electric vehicles we use economics and consumer psychology principle to analyze the electric car users’ consumer psychology. And we propose electric car load optimization programs, build a model of orderly charging of electric vehicles. We use genetic algorithms to optimize the model, find the optimal solution and analyze the economic optimization results.

Key words: electric cars, demand response, Monte Carlo simulation, genetic algorithm.

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 5

1.1课题研究背景 5

1.2电动汽车的充电方式对电网影响的研究现状 5

第二章 基于蒙特卡洛模拟的电动汽车自由充电负荷预测 7

2.1蒙特卡洛模拟 7

2.2电动汽车无序充电负荷模型 7

2.2.1本文的几个假设 7

2.2.2电动汽车的开始充电时刻 8

2.2.3电动汽车的充电持续时间 8

2.2.4电动汽车的无序充电模型 9

2.3无序充电对城市负荷的影响 10

第三章 基于需求响应的电动汽车有序充电模型 12

3.1电动汽车的需求侧响应 12

3.2有序充电模型 12

3.2.1峰谷电价模型 12

3.2.2峰谷电价政策下的用户的响应比例 13

3.2.3峰谷电价政策下用户对充电时间的选择 15

3.2.4峰谷电价模型下的电动汽车负荷曲线 15

第四章 运用遗传算法对模型优化 19

4.1最优化模型的影响参数 19

4.2遗传算法优化 20

4.2.1遗传算法的基本思想 20

4.2.2遗传算法的操作 21

4.2.3对电动汽车充电模型优化的算法实现 22

4.3算例分析 24

第五章 总结与展望 27

5.1本文的总结 27

5.2未来展望 28

第六章 参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1课题研究背景

在煤炭、石油、天然气等化石能源日渐枯竭的情况下，能源危机迫使人们寻找新型可再生能源来取代传统的化石能源。与此同时，全世界的汽车工业正处于一种蓬勃发展的状态，特别是发展中国家的汽车数量正在飞速增长。而目前汽车的主要动力来源还是汽油、柴油等石油衍生品，日益庞大的汽车数量在加剧能源危机的同时也会排放大量的温室气体，使得大气温度上升，人类的生存环境进一步恶化。

在这种背景下，电动汽车以其低噪音以及可实现对环境“零排放”的优势逐渐吸引了各国的关注。随着电动汽车技术的发展及部分进入市场的电动汽车所体现出的优势来看，汽车以电为动力源绝不是一个短期的应急措施，而是未来汽车行业的发展趋势^[1]。如今，世界上比较知名的汽车制造商都开始着手电动汽车的研发，其中，特斯拉的电动汽车可以算是最著名的了。特斯拉的电动汽车在动力性能上已经不输于宝马等传统的汽车知名品牌了。并且电动汽车的数量也在持续增长，根据工业和信息化部电动汽车发展战略研究报告的预测，2030年全国电动汽车保有数量将达到6000万辆^[2]。

而大量的电动汽车进入市场必然会带来一个问题——电动汽车的充电负荷会对电网运行的稳定性产生影响。规模庞大的电动汽车进入市场，无论这些电动汽车采用何种方式充电，其对电网的影响都是不容忽视的。同时，由于人们在出行时对车辆的使用具有时间上的集中性以及使用习惯上的趋同性，在充电时间上也具有一定的集中性，如果任由汽车自由充电，大量的用户将在晚上对电动汽车进行充电，而这个时候也正是一天当中的用电高峰期，电网将非常有可能出现调峰能力不够的情况^[3]。因此，对于大量的电动汽车充电对电网造成的影响，我们需要一个定量的估计，从而来制定方案引导电动汽车充电，将电动汽车对电网的负面影响降到最低。

1.2电动汽车的充电方式对电网影响的研究现状

市场的刺激，车辆的能量存储系统建设，关键技术的攻克等等都会影响电动汽车普及市场的速度。目前，由于各国政府的大力支持，众多的高校和研究机构都为电动汽车的技术发展做出了巨大的贡献。就电动汽车本体而言，在电池的续航能力，轻质材料的研发以及电动汽车其他的技术问题上已经比较成熟了。而电网与之有关的方面的研究也主要放在充电模式以及充电站的规模及建设地点等问题上。

从文献[4]得知，就充电方式来看，常规的电动汽车主要有以下充电方式：插充方式以及电池更换；其中，插充方式又包括快速充电方式和慢速充电方式，即应急充电方式和常规充电方式。常规充电主要在停车场，小区的车库等可以长期停车并能够提供充电桩的场合。常规充电充电功率比较小（2-10kW）,所需的充电时间也比较长，所以大多数慢速充电的用户会选择在夜间充电，同时，慢速充电对电动汽车的电池的充电损耗也是最小的。快速充电方式相比于慢速充电方式来说，充电更加快速便捷，多用于应急充电。与此同时对充电的安全技术方面以及电池有更高的要求，快速充电的充电桩安装成本也更高，对电池的损害也比较大，提升了用户的使用成本。电池更换方式与前两种充电方式相比更为方便，对用户来说效率也最高，并且可以选在在电网负荷谷时进行集中充电。但是这种充电方式需要为一辆车至少配备两块汽车电池，提高了用户的一次购买成本。比较适合像公共汽车这样的服务类的，频繁运行的车辆。

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