论文总字数：19996字

摘 要

近年来，由于世界各国都在加大力度研发电动汽车，并且电动汽车作为一种能源利用率高，无尾气排放，比较环保的交通工具，越来越受到世界各个国家和组织的重视。但是，大规模的电动汽车突然接入电网，这必然会成为未来电网的一个挑战。尤其是电动汽车毫无序列的接入配电网络系统，这样会引起各种各样的负面情况，比如变压器和线路过载、电压出现偏差等这些情况。引起这些情况有多种原因，最主要的是因为车主的不良用车习惯，一旦车辆闲置就立即进行充电。如果我们能够在一定程度上对电动汽车充电进行优化，这样就可以极大的削减电动汽车对电网的不利影响，减少负荷代理商的压力。在这一背景下，对电动汽车的充放电配置进行优化显得尤为重要。

本文主要针对大城市的多个智能小区的电动汽车充放电情况进行优化，并提出一种非线性约束分布式凸优化规划模型。主要工作如下

第一章对于电动汽车优化问题的研究发展现状进行论述，还分析了电动汽车的发展前景，以及世界各国的电动汽车发展状况。进而简单比对一下分布式优化与集中式优化的优点所在，再导出本文的主要工作。

第二章建立了电动汽车的非线性优化模型，引入一种交替方向乘子算法(ADMM)以实现计算可扩展性的优化框架。通过利用ADMM算法，我们将原始优化模型转化成为一个交换问题，并给出单个聚合体和整个负荷代理商的ADMM优化模型。我们在原有基础模型上进行改进，提出一个分布式估计优化算法。

第三章设计出利用这个分布式估计优化模型给出了解决填谷问题和充电成本最小化的算法框架。

第四章对这篇文章进行了总结，提出了本文所提出的模型具体现实意义以及提出了本次研究所存在的不足，并对未来将要研究的方向做了简单的介绍。

关键词：电动汽车 分布式优化算法 交替方向乘子法

Abstract

In recent years, due to many countries in the world strengthen the efforts to develop electric vehicles. Besides, electric vehicles, as a kind of high energy efficiency, no emissions, environmentally friendly means of transportation. Electric vehicles are being taken seriously by more and more countries. However, large-scale electric vehicles suddenly come into the grid, which will inevitably become a challenge for the future grid. In particular, electric vehicles have no sequence access to the distribution network system, which will cause a variety of negative conditions, such as transformer and line overload, voltage deviation and so on. There are many reasons for these situations. The main reason is the bad habit of car owners. Once the vehicle is idle, it will be charged immediately. If we can optimize the electric vehicle to a certain extent, it can greatly reduce the adverse effects of electric vehicles on the power grid and reduce the pressure of the load agents.

This paper aims at optimizing the charging and discharging conditions of electric vehicles in many intelligent campus of large cities, and proposes a nonlinear constrained distributed convex optimization programming model. The main work is as follows:

The first chapter discusses the current status of the research and development of electric vehicle optimization problems, and analyses the development prospect of electric vehicles, as well as the development of electric vehicles in various countries in the world. Then we compare the advantages of distributed optimization and centralized optimization briefly, and then derive the main work of this paper

In the second chapter, the nonlinear optimization model of electric vehicles is established, and then an alternative direction multiplier algorithm (ADMM) is introduced to achieve the optimization framework for computing scalability. By using the ADMM algorithm, we transform the original optimization model into an exchange problem, and give a ADMM optimization model for the individual aggregate and the whole load agent. We advance the original model and propose a distributed estimation optimization algorithm.

The third chapter designs an algorithm framework to solve the problem of filling the valley and minimizing the charging cost by using this distributed optimization model.

The fourth chapter makes a summary of this article, puts forward the practical significance of the model proposed in this paper, and puts forward the shortcomings of this study, and gives a brief introduction to the direction of the future research.

KEY WORDS: electric vehicle, distributed optimization algorithm, alternating direction method of multipliers

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 - 1 -

1.1 课题研究背景 - 1 -

1.1.1 电动汽车发展概述 - 1 -

1.1.2 电动汽车发展趋势 - 2 -

1.1.3 我国与电动汽车发展相关政策 - 2 -

1.1.4 电动汽车充电可能引发的问题 - 3 -

1.2 电动汽车充放电优化问题研究现状 - 3 -

1.3 集中式与分布式优化 - 5 -

1.4 本文主要工作 - 6 -

第二章 构造优化模型 - 7 -

2.1 预备工作 - 7 -

2.2 ADMM法收敛性判别准则 - 13 -

2.3 模型仿真 - 14 -

2.4 本章小结 - 15 -

第三章 算法实例框架 - 16 -

3.1 填谷问题 - 16 -

3.2 充电成本最小化问题 - 17 -

3.3 本章小结 - 18 -

第四章 总结与展望 - 19 -

4.1 结论 - 19 -

4.2 展望 - 19 -

致 谢 - 20 -

参考文献 - 21 -

绪论

课题研究背景

电动汽车发展概述

近些年来，空气污染状况日益严重，全国各地都出现雾霾，并且随着当前国内外汽车数量的增加，汽车尾气的大量排放已经成为大气污染的主要原因之一，根据相关专家统计，截止21世纪初，汽车所排放的尾气占据空气污染的30%-60%。而且汽车尾气中还含有大量有害物质，人吸入之后，会对肺部有较大刺激，也会刺激人的血液循环，危害身体健康。最近人们对空气污染问题日益关注，所以人们都在寻找一些清洁能源来减少汽车尾气的排放。基于能源结构安全和环境保护压力， 发展节能环保的新能源汽车已成为迫切需求。相较于传统燃油汽车，新能源汽车在能源来源、尾气排放等方面具有明显优势。世界各地政府也都设定了减少二氧化碳排放量的目标，轻量化交通工具在世界各地政府实现他们的目标中起到重要作用。电动汽车由于清洁环保，高效节能，受到全世界的关注。电动汽车在提高能源效率，减少温室气体的排放，以及减轻对运输外来石油的依赖方面具有较大潜力。

近年来，全球电动汽车市场规模在不断扩大，世界各国也都在积极研发电动汽车，目前已经有多种电动汽车进入我国市场，电动汽车生产销量均有明显提升，并且电动汽车也将逐渐取代传统的燃油车，欧盟北美国家也相应出台了禁止售卖燃油车时间表。国内外不光传统汽车企业投资电动汽车研发，甚至有些互联网公司也投入电动汽车研发。我国的电动汽车品牌虽然起步比较晚，但是后来居上。近些年来，我国的电动汽车企业也一直在追随世界前沿技术，还取得比较大的进步。在2017年，我国品牌的电动汽车市场占有率实现巨额提升。而且还在中国政府的强力支持下，电动汽车的产量和销量都有了巨大的提升。

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