1.1 课题研究背景及意义
能源是国民经济和社会发展的基础。随着世界各国对石油、煤炭、天然气等燃料需求的不断增加,化石能源日益枯竭。同时化石燃料的燃烧会产生2CO 、2SO及 NOx等温室气体及污染物,加剧温室效应和环境污染。人们逐渐认识到问题的严重，于是寻找新能源以代替化石能源。 针对电力生产、负荷分布不均衡的问题，目前各国多采用集中式大规模发电，超高压远距离输电。这种互联电网模式有利于电网的调度和管理。但是随着电网规模的扩大，其风险也在逐渐增大。区域故障容易扩散，导致大面积停电。比如1965 年北美大停电，2008 年我国南方雪灾，2012 年印度大停电等。由此可见，大规模互联电网也有很大的局限性。此外，世界上仍有很多地区，因为地理环境的原因，不具备集中式发电的条件，也难于建设输电线路，比如我国新疆和内蒙古部分地区、浙江部分海岛等。如何对其供电，亟待解决。 因为上述种种问题，分布式发电(distributed generation，DG)技术引起了人们极大关注，且已成为各国电力研究的热点[1-2]。分布式电源类型多种多样，包含风力发电机、光伏阵列、柴油机、燃料电池、微型燃气轮机等。但大量分布式电源并网，因其可控性差，易造成电网不稳定。且系统故障时，分布式电源即脱离大电网，则其运行效率降低。微网(microgrid)概念产生，就是要处理分布式电源并网问题，并受到了世界各国的重视[3-5]。微网系统是包含分布式电源、储能装置、负荷、电力电子装置及通信设备等的单一可控单元。它能并网运行，也能孤岛运行。它能有效解决分布式电源并网问题，充分发挥其优点，将在未来电网中扮演重要角色。 随着环境污染的加剧，电动汽车(electric vehicle，EV)作为绿色出行工具，其保有量不断增长[6]。大量的电动汽车就像一个可移动的分布式电源。相关数据表明大多数电动汽车大部分时间都处于停驶状态[7]，则考虑将其通过放电装置向大电网馈电，以满足负荷高峰时段的需求，达到“削峰”作用，即电动汽车入网(Vehicle to Grid，V2G)。V2G 指电动汽车与大电网间的电能双向传输[8]。V2G 优点良多，如可以实现削峰填谷，降低大电网运行成本与排放污染等，是未来电动汽车发展的必然趋势。
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1.2 微网的发展和研究现状
自从微网概念 2001 年被提出来以后，很快就引起了各国研究学者的重视。美国 CERTS（电力可靠性技术解决方案协会）最早搭建了一个微网系统，奠定了微网的基本结构[18]。为了缓解化石燃料稀缺的压力以及对海外进口资源的过度依赖，更多地利用可再生能源，日本也在大力发展微网。NEDO（新能源产业技术综合开发机构）在日本各地推进建设了多项微网工程，如 Aichi Project、Kyotango Project等[19]。欧洲国家也越来越重视微网的研究工作，并建立了多项示范工程[20]。 我国在微网研究方面起步较晚，但是十分重视[21]。国家 863 计划和 973 计划均大力支持微网研究项目，许多科研单位、高校和企业也开展了微网实验平台和工程的建立工作。2007 年，南方电网公司与天津大学共同承担了国家 863 计划的两个课题，建成了一个微网系统示范工程；2010 年 2 月，正式投入运行。2009 年，国家 973 计划项目“分布式发电供能系统相关基础研究”正式启动，涵盖了 8 个相关子课题，2013 年项目验收通过。2011 年，国家 863 计划项目“含分布式电源的微电网关键技术研发”启动，2014 年 9 月，子课题“南麂岛离网型微网示范工程”成功投入正式运行，该工程于 2012 年 5 月份开始建设，其中含有风、光发电系统，储能系统（包括磷酸铁锂电池和超级电容），保留柴油发电系统，是含多种分布式能源的独立型海岛微网系统。
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第二章 电动汽车及分布式电源的数学建模
2.1 概述
微网系统通常包括分布式电源、负荷、储能和控制设备等。分布式电源多种多样，目前主要使用的分布式电源包括风光等可再生电源、柴油发电机、燃料电池等发电单元以及蓄电池等储能单元。它们的运行特性和数学模型也不相同，研究其工作原理和数学模型[75]是微网规划设计和运行优化的基础。本章将分析微网中常见的分布式能源，并进行数学建模。 在上述分布式能源之外，电动汽车的大规模入网，也显示了其“可移动的分布式电源”特性。作为负荷，它们具有很大的随机性，且大规模电动汽车的时空特性在统计上具有一定的一致性。作为电源，它具有一定的储能特性，国内外有关于 V2G 技术的一系列研究和实践。本文即将电动汽车看作一种可移动的分布式电源，可以通过一定的充放电控制，以参与微网的规划设计和运行优化。因此，本章分析了电动汽车的时空特性，在此基础上建立了电动汽车的充放电模型。其中一种是不受控制的车主自主充电，一种是经过微网运营者协调控制的有序充放电，并通过仿真验证所建电动汽车模型的有效性。
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2.2 光伏发电的数学模型
太阳能是可再生清洁能源。光伏发电是应用光生伏特效应将太阳能转换为电能的技术。其核心元件是太阳能电池。单个太阳能电池结晶片的输出功率比较小，将多个结晶片串联起来，便构成光伏阵列，即光伏电池板。光伏电池的物理模型如图2.1所示。风力发电机组大体包括风轮、发电机和铁塔三部分。其发电原理，是利用风能带动风车叶片旋转，经由增速机提升转速，以牵引发电机发电。由此实现动能到机械能，再到电能的转换。 风速较低时，风轮不转动。达到切入风速时，风轮开始旋转并牵引发电机发电。随着风速增大，输出功率也会增大。当风速达到额定风速时，风电机按额定功率出力。风速继续增大，输出功率会是恒值。当风速大至切出风速时，风电机为了避免损坏会刹车，输出功率为零。风机实时输出功率与自然风速间的近似函数关系：
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第三章 含电动汽车的微网系统静态经济调度 .......... 18
3.1 概述 ......... 18
3.2 微网系统结构 ......... 18
3.3 微网系统静态经济调度模型 ......... 18
3.4 求解算法 ......... 21
3.5 算例仿真 ......... 22
3.6 本章小结 ......... 27
第四章 含电动汽车的微网系统动态经济调度 .......... 28
4.1 概述 ......... 28
4.2 微网系统结构 ......... 28
4.3 微网系统动态经济调度模型 ......... 28
4.4 求解算法 ......... 32
4.5 算例仿真 ......... 34
4.6 本章小结 ......... 40
第五章 含电动汽车的交直流混合微网优化配置研究 ...... 41
5.1 概述 ......... 41
5.2 微网系统结构及电动汽车入网方式 ..... 41
5.3 微网系统优化配置模型 ......... 42
第五章 含电动汽车的交直流混合微网优化配置研究
5.1 概述
交直流混合微网是未来微网的发展趋势。相比交流微网或直流微网，它的适用范围更广，适应性更好，且节省一定的换流装置费用。现有文献研究交流微电网的较多，关于其优化配置也有较充分的研究。但交直流混合微网优化配置研究相对较少。研究并网型交直流混合微网的优化配置时要考虑以下特点：（1）交直流混合电网有交直流互联的变流器，故应考虑换流器损耗；（2）在当前技术条件下，很多分布式电源的发电成本高于电网供电模式，因为在项目建设初期分布式电源投资成本的影响较大，则需要从全寿命周期成本的角度考虑微网的经济性，以发挥分布式电源在微网运行中的积极作用；（3）微网一定程度上是自治系统，在大电网中的角色是电源与负荷的融合体，需要具备相应的自发自用能力，则在规划设计时应当考虑其自平衡能力。因此本章以微网全寿命周期成本、自平衡率、换流功率损耗为目标函数，计及系统功率平衡、电动汽车电池约束、并网联络线功率限制等约束条件，考虑电动汽车以不同充放电模式入网，构建了含电动汽车的并网型交直流混合微网的优化配置模型。然后以一个实际微网算例进行了仿真计算，并分析相关结果。
结论
本文在综述微网和电动汽车入网国内外研究现状的基础上，进行了含电动汽车的微网系统经济调度和优化配置研究，主要研究成果如下：
（1）建立了电动汽车无序充电和有序充放电的负荷模型，并进行了算例仿真，仿真结果与用户行为较相符，验证了模型的有效性。
（2）考虑经济成本、污染物排放、碳排放等目标，提出了微网系统静态和动态经济调度模型。静态经济调度的求解方法是：首先使用 NSGA-II 算法分析多目标函数间的关系，再采用优先顺序法进行模型求解，最后分析电动汽车不同充放电模式对微网经济运行的影响。在动态经济调度研究中，针对微网并网和孤岛运行，提出了四种运行控制策略，采用判断矩阵法处理三个目标函
