电动汽车充电负荷特性研究.docx

1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：学院(系):自动化学院专 业:电气工程及其自动化题 目:电动汽车充电负荷特性研究副教授张俊芳指导者： 教授徐志良评阅者： 年 月毕业设计说明书（论文）中文摘要本文基于中国电动汽车发展的相关政策与发展趋势，查阅相关调研结果，分析了不同类型的电动汽车在进行不同充电行为时对应的充电方式及充电时段。建立了单个电动汽车日充电负荷特性模型，绘制负荷曲线。根据电动汽车中私家车不同充电行为对应的充电功率，采用蒙特卡洛模方法，通过拟抽取起始荷电状态、起始充电时间计来计算电动汽车中私家车的充电负荷，求取负荷特性曲线，使用VC语言编程模拟。通过负荷曲线对

2、中国未来私家电动汽车充电负荷进行预测分析。分析结果表明：随着中国电动汽车的发展，充电负荷将会对电网的运行和规划产生较大的影响，充电负荷峰谷差明显，负荷调控的潜力大。关键词： 电动汽车 充电负荷 负荷特性 蒙特卡罗模拟Title Study on Electric Vehicles Charging Load Characteristics AbstractBased on the policy and the development of electric vehicles in China, referring to the field survey, the charging modes

3、and charging time of different kinds of electric vehicles charging behaviors in China are analyzed. The charging model of the single electric vehicle are built to get the daily charging load curve. According to the charging power under different charging behavior of private electric vehicles, The Mo

4、nte Carlo simulation method is applied to simulate and calculate the charging load in order to get the charging characteristic cure by determining the starting state of charge (SOC) and the initial charging point. VC programming language is used for the simulation .Based on the study, the future pri

5、vate electric vehicle charging load in China is forecasted. The results indicate that the charging of electric vehicles will have significant impacts on the planning and operation of the power system. The huge difference between charging peak and off-peak provides a substantial potential to coordina

6、te the charging of electric vehicles. Keywords electric vehicles charging load load characteristics Monte Carlo simulation method毕业设计说明书（论文）外文摘要 本科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 I 页目 次 1引言1 1.1研究背景11.2 研究现状和意义 21.3本文主要工 42不同类型的电动汽车不同充电特性分析52.1 公交车 52.2 出租车 62.3 公务车 72.4 私家车 83单个电动汽车充电负荷模型建立93.1 电池特性 93.2 私人电动汽

7、车行驶与充电特性 94 大量电动汽车日充电负荷特性模拟 11 4.1 电动汽车发展趋势 11 4.2 蒙特卡罗模拟法模型建立 12 4.3 VC语言编程155结果分析 195.1 充电负荷数据 235.2 充电负荷曲线 25结论 27致谢 28参考文献29附录A 程序31 本科毕业设计说明书（论文） 第 42 页 共 42 页1 引言1.1研究背景 能源与环境问题是全球问题，美国能源部预测，2020年以后全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口。汽车能源消耗是造成大气污染和全球温室气体排放的主要原因，也是造成全球石油压力的重要原因，以节能和环保为特色的电动汽车正在引起全球性的关注。近年来汽车

8、消费的爆发式增长，使我国面临的能源消耗和温室气体排放的压力越来越大。目前我国已经是世界第二大二氧化碳排放国和第二大石油消耗国，来自石油安全与环境保护的挑战越来越严峻，按传统汽车能源动力系统发展下去，我国汽车产业的可持续发展问题堪忧。目前在世界范围内已达成共识：新能源汽车势在必行。在我国推动汽车能源动力系统转型也成为大势所趋。如今全球经济在强劲增长，石油生产国产油能力不足以及国际局势动荡不安等多方面的影响下，化石能源短缺成为日益严重的问题。随着世界能源消费量的增大，二氧化碳、氮氧化物、灰尘颗粒物等环境污染物的排放量逐年增大，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。汽车尾气造成的污染日益严

9、重，能源使用与环境污染的矛盾不断尖锐化，已经成为我们不可忽视、亟待解决的问题。面对燃油汽车对石油资源的过度消耗所引发的环境与能源问题及其尾气排放造成的污染，电动汽车以其良好的环保、节能特性，成为现今国际汽车发展的潮流和热点之一1。电动汽车是指由电动机驱动的机动车辆，其中包括电池电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池电动汽车等。电动汽车不是一项新的技术，但是早期电动汽车电池的容量小而且寿命短，而石油则具有高能量密度、易于储存和供应量不断增长的优势，所以在20世纪初期占主导地位的是以石油为基础的道路运输。在过去的几年中，由于电动汽车技术的进步2， 特别是磷酸铁锂电池技术取得突破，电动汽车电池使用寿命不

10、断增加，使用成本也逐渐降低，使得电动汽车发展步伐明显加快。同时，不少国家的能源政策也偏向把提高经济效率、保障能源安全和减少环境污染作为主要目标，政府和企业联合制定了各种计划，投入了巨额资金，大力发展电动汽车产业。随着我国GDP的不断增长以及接踵而至的城市化浪潮，我国的排放模式将发生变化。根据我国主要经济学家普遍认可的7%8%的GDP增长率预测，到2030年，我国15亿人口中有约2/3的人将生活在城市。随着经济和城市的发展以及家庭收入的提高，包括汽车在内的消费量也会进一步提高，进而将导致石油消耗、碳排放的上升3。电动汽车具有高效、低噪、零排放等显著优点，发展电动汽车已成为国内外的共识。中国政府出

11、台了一系列电动汽车相关政策以扶持电动汽车的发展。自2009年开展了“十城千辆”计划，推广的车辆主要在城市的公交、出租、公务、市政等领域，目前试点城市已达25个4。通过分析中国电动汽车发展现状，结合国家以及部分省市发布的电动汽车发展规划，总结出中国电动汽车未来发展趋势大体为：2010-2015年，电动汽车主要在公交车、公务车、出租车中示范运营；2016-2020年在公共交通系统、公务车中实现电动汽车规模化运营，私家车较少；2021-2030年电动私家车加速发展，其比例逐年上升。可见中国电动汽车的主要类型为公交车、出租车、公务车、私家车等。1.2 研究现状和意义1.2.1 电动汽车研究现状电动汽车

12、(EV)将会成为21世纪高效、清洁和可持续的交通工具，是一种电力驱动的道路交通工具。电动汽车这个概念的内涵广泛，它包括蓄纯电动汽车(BEV) 或电池电动汽车、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)，涉及到很多学科，内容广泛复杂，其核心技术包括底盘和车身技术、驱动技术和能源技术。今后50年里，全球人口将从60亿增加到100亿，汽车的数量将从7亿增加到25亿。大量电动汽车的接入对电力系统的安全与经济运行带来了新的挑战。电动汽车广泛采用后，会成为电力系统的一种新型且大容量的负荷，所以对于电动汽车负荷特性研究成为世界热门的研究项目。目前电动汽车研究已经取得了很多成果，有基于扩散理论的

13、电动汽车充电负荷模型7，主要探究了大量电动汽车并网充电的动态物理过程，指出该过程可以描述为以电动汽车并网速率为扰动变量的大量充电负荷由低荷电状态向高荷电状态扩散的动态扩散过程。取两部分能量微元进行数学分析，提出电动汽车的扩散负荷模型。文献8对于电动汽车快速充电站的负荷特性进行了研究 ，同时对不同类型电动汽车不同充电行为对应的充电方式及充电时段进行分析。根据不同类型电动汽车不同充电行为的充电功率，提出采用蒙特卡洛模拟抽取起始荷电状态、起始充电时间的电动汽车充电负荷计算方法。该方法将不同车辆的不同充电行为按充电需求进行分类，根据充电方式、起始荷电状态、充电需求、起始充电时间计算充电时间，获得充电负

14、荷曲线。对中国未来电动汽车充电负荷水平进行了计算和分析。电动汽车接入电网研究（采用PSD-BPA）潮流及暂态稳定程序对电动汽车接入准系统进行仿真），分析电动汽车分别作为电源和负荷接入电网时对节点电压、系统损耗和系统电压稳定性的影响。大规模电动汽车无序充电行为会对电网经济运行造成影响。为了解决规模电动汽车无序充电行为会对电网经济运行造成影响，迫切要求实现有序充电技术。根据电动汽车换电站特点，文献9提出了以换电站充电功率为控制对象的有序充电调度策略，建立不同目标函数的调度策略数学模型，并采用粒子群算法求解，得到次日优化充电计划。文献8提出的换电站有序充电调度策略能够有效地减小电网峰谷差，提高负荷率

15、，起到平稳负荷波动的作用。从而针对如何利用电动汽车有序充电对电网实现削峰填谷效果的问题，得出了峰谷电价时段的优化模型与方法。构建用户选择充电时间对峰谷电价时段的响应模型；通过蒙特卡洛法模拟得到电动汽车充电负荷的日负荷曲线，并与原始电网负荷曲叠加，从而形成实施效果下的电网实际负荷情况。在此基础上，建立了以峰谷差率最小为目标的最优化型，并通过遗传算法对峰谷电价时段优化问题进行了求解。最后通过算例的计算结果证明了模型和方法的合理性。研究方法也可以使用案例研究如小区电动汽车充电负荷实测分析10，通过在电动汽车用户住宅配置充电设施和数据采集装置，对参与测试的电动汽车用户的充电行为跟踪记录，获得了私人电动

16、汽车在住宅充电的数据，为电动汽车充电设施规划建设和电动汽车充电负荷特性研究提供了一定依据，并对私人电动汽车在住宅区的充电特性进行了分析。电动汽车作为一种分布式储能元件，若能对其充电加以引导，不仅可以起到“削峰填谷”的作用，还可以提高消纳分布式能源的能力。因此研究电动汽车的充电负荷模型，对电动汽车充电行为进行有序控制，引导用户采用适当的充电策略，充分利用电动汽车充电与分布式能源协调互补特性，对于扩大电力终端用电市场，降低需求侧峰谷差，提高电力供需平衡和电力设备负荷效率，改善电网的负荷特性，减少为维持电网低负荷运转而引起的调峰费用等，具有重要的意义11。1.2.2 电动汽车研究的意义环境方面考虑，

17、城市交通中使用电动汽车可实现极低排放甚至零排放。即使考虑到给这些电动汽车提供能量的发电厂的排放，仍能显著降低全球的空气污染。能源方面考虑，电动汽车使用的是可靠的、来源广泛和均衡、环境友好型的能源，例如多种可再生能源。具体电动汽车有以下的优点：噪声小污染低电动汽车不使用内燃机，不会产生一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、铅的化合物及颗粒物等废气，也不会产生排气污染，有利于空气洁净和环境保护，几乎是“零污染”。同时电动汽车的电动机噪声较内燃机小。能源多样化效率高研究表明，电动汽车的能源效率已超过普通汽车。在城市行驶中，汽车行驶速度不快，走走停停。电动汽车在停止时不消耗电量，在制动的过程中，电动机可自

18、动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用；此外，电动汽车的应用可有效减少对石油资源的消耗，其蓄电池充电的电力可由天然气、煤碳、核能、水力、风能、太能等能源转化。当在夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。结构简单，使用和维修方便电动汽车较内燃机汽车结构简单，传动、运转部件较少，从而维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时，其电机无需保养维护。1.3本文主要工作影响电动汽车充电负荷的主要因素包括起始荷电状态（state of charge,SOC）、电动汽车规模、充电时间、动力电池容量、充电功率等因素。本文主要对中国电动汽车的发展现状及趋势进行了分析，结合实地调研讨

19、论了未来主要类型电动汽车对应的充电方式和充电时间，提出了电动汽车充电负荷计算模型以及基于蒙特卡洛模拟的电动汽车充电负荷计算方法，并对中国未来电动汽车中私家车的充电负荷进行了计算分析。本文共分为六章，除第一章“绪论”和第六章“总结与展望”，正文可以分为四个部分：第二章：不同类型的电动汽车不同充电特性分析第三章：单个电动汽车充电负荷模型建立。第四章：大量电动汽车日充电负荷特性模拟第五章：根据曲线分析大量私家电动汽车无序接入电网对电网影响2 不同类型电动汽车不同充电特性分析本文所指的电动汽车的类型主要是不同用途的汽车，如私家车、公用车等。不同类型电动汽车的电池特性、充电时间和频率都不同。充电类型如表

20、1。表2.1 不同类型电动汽车的充电方式充电 额定 额定 适用 图示 模式 电压/V 电流/A 场所L1 单相 220 16 家用 单相220 32 L2 三相380 32 商场、停车场等 三相380 63 高速公路服务区、 L3 600 300 充电站等 2.1公交车充电模式根据对南京地区公交车运营的调研情况，公交车日均行驶里程约150-200km。首班发车时间5:30-6:30，末班发车时间22:00-23:00。每天上、下班时（6:30-9:00，16:30-18:30）为公交车运行高峰时段。高峰时段发车间隔较短，一般为35min，所有车辆均需参与运行，其余时段发车间隔较长，为78min

21、。目前示范运营的电动公交车额定行驶里程约为200km，考虑到安全等因素，一次充电难以满足一天的运营需求。电动公交车在白天运营过程中需要至少充电1次，且在高峰时段，电动公交车不能充电。由于公交车运营时间、地点相对集中，可以在现有停车场建设充电设施进行集中充电。在白天运营时段内，公交车难以长时间停留，进行快速充电；在夜间停运时段进行常规充电。依据上述分析作出一种合理的假设：电动公交车白天充电的时间为10:00-16:30，夜间充电的时间为23:00-5:30。充电方式与对应时间段见图2.1 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00 图2.1公交车充电方式与对应时间段假设电动公交车每天

22、需要充电2次，每次充电的起始SOC服从正态分布（0.5，0.12），即起始SOC的期望值为0.5，其分布在0.2，0.8范围内的概率超过99.5%。见图2.2图2.2 起始SOC概率密度分布2.2 出租车充电模式根据对南京地区出租车运营的调研情况，出租车日均行驶里程为350500km。每辆出租车由2名司机轮流驾驶，分大班和小班2种模式。大班出租车司机每24h倒一次班，小班出租车司机每12h倒一次班。目前大班与小班比例约为5:1。大班司机每天晚上在2:005:00休息约2h，在这段时间内可进行常规充电。午餐时间在11:3014:30，有1h左右停止运营，在这段时间内可进行快速充电。小班司机由于需

23、要倒班，运营过程中休息时间较短，只能进行快速充电，能进行快速充电的时间为11:3014:00和2:004:00。以目前在深圳进行电动出租车示范运营的BYD E6为参考，该车额定行驶里程为300km（实际市区行驶里程要小于额定行驶里程），一次充电难以满足一天的行驶需要，假设电动出租车在一天的运营过程中进行2次充电。充电类型与对应时间段。见图2.3出租车大 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00出租车小 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00图2.3 出租车充电类型与对应时间段 起始SOC满足正态分布N（0.3，0.122）。如图2.4图2.4 起始SOC概率密度分

24、布2.3公务车充电模式公务车未执行公务时，即可进行充电，因此在大多数情况下有充足的充电时间，其充电模式多采用慢速或常规充电。目前大部分公务车实行夜间停在指定停车地点的制度，假设充电起始时间大致在机关单位下班后至第2天上班之前，也即18:007:00。为了满足第2天工作需要，假设公务车需每天充电，起始满足正态分布（0.4，0.122）。充电类型与对应时间段如图2.5公务车 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00 图2.5 公务车充电类型与对应时间段2.4私家车充电模式 私家车主要被用于车主上、下班以及休闲娱乐等，相应的充电地点主要包括单位办公停车场、居民停车场、商场超市停车场等。

25、仍以南京地区私家车出行为例，上班出发高峰时段为7:009:00，占私家车总量的66.95%。车辆到达高峰时段为7:309:30，占私家车总量的71.95%11。私家车在办公以及居民停车场停放时间较长，能够对其进行常规或者慢速充电，充电时间为到达上班地点之后至下班时间以及下班回家后至次日早晨上班之前，即7:3017:00和19:007:00。在城市商业区，私家车可能的充电地点为商场、超市等专用或公共的停车场。根据南京某大型商场和某超市实际调研了近万辆私家车辆的停车行为，其停车时间分布见图2.6，平均停车时间为79.78min。百分比%图2.6私家车商场、超市停车时间分布结合中国充电标准，在这类地

26、点将进行常规充电，基于调研数据假设能够进行充电的时长大致为80min，在工作日和节假日其可能的充电时间分别为19:0022:00和12:0022:0012。则充电类型和对应时间段如图2.7.私家车平日 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00私家车周末 0:00 6:00 12:00 18：00 24：00 图2.7 私家车充电类型与对应时间段综上，出租车、公交车日均行驶里程较长，需充电2次以满足其一天的运营需要，公交车、大班出租车夜间停放时间较长，可采用常规充电，而白天采用快速充电。小班出租车停车时间较短，采用快速充电。公务车可在单位停车场进行慢速或者常规充电。当私家车充电地点

27、为办公、居民停车场时，可采用慢速或者常规充电；在商场、超市停车场等休闲娱乐场所时，充电方式为常规充电。3 单辆电动汽车充电负荷模型的建立电动汽车作为一种交通工具，使用者倾向于在自己方便的时候充电，而不是在电网希望的时候充电，因此，不加以管理或引导的自由充电可能对电网负荷造成消极影响。为了研究电动汽车充电对电网的影响，首先需要对其负荷特性进行建模研究。由于出租车、公交车、与公务车可以较方便的对其充电行为进行约束，而私家电动汽车的充电行为有多种不确定性，大量私家电动汽车同时接入电网时，其负荷对电网运行的影响 不可忽略。3.1 电池特性电池的特性也是影响电动汽车充电的一个重要因素。一般电动汽车电池容

28、量C为130kWh。电池具有快速响应能力，通常只需要毫秒级即可达到其最大输出功率，同时一般完全充满电需要少于等于5个小时。因此，普通容量电动汽车每小时充电功率为0.26kW。当电动汽车接入电网充电时，电动汽车电池充电SOC不断增大，电池充满时SOC为100%。反之当汽车处于行驶状态时，SOC不断减小。正常充电模式下，电动汽车每小时充电功率为0.2C，充电时间为5h，快速充电模式下，电动汽车每小时充电功率为1.25C，充电时间为0.8h。3.2私人电动汽车行驶与充电特性私家车年均行驶里程为2.5万km，推算出日均行驶里程为68.49km13。私家车在单位停车场和居民停车场充电有较长的充电时间，电

29、动汽车能够充满电，为第1类充电行为；商场超市停车场充电有充电时长的限制，为第2类充电行为。如图3.1. 充电地点 充电类型第1类充电单位停车场充电第2类充电居民小区停车场充电私家车第3类充电商场超市停车场充电图3.1 充电地点与对应充电类型假设私家车每天充1次电，起始SOC满足正态分布N（0.6，0.22）5。 SOC=12*0.2e-(x-0.6)2*0.22 (3-1) 常规、快速充电电流分别为0.2C和1.25 C，电池从零电量充满分别需要5h 和0.8h.假设周末私家电动汽车在零点之前与零点之后起始充电车辆的数量之比为5:1。私家车在居民停车场、单位停车场、商场超市停车场，充电的比例分

30、别为0.7,0.2和0.1。私家车上班到达时间相对下班回家时间集中且考虑到不同单位上、下班时间有所区别，假设私家车在单位停车场以及居民停车场起始充电时间分布服从N（9,0.52）和N（19.5,1.52）的正态分布，其余第1类充电行为起始充电时间服从均匀分布。第2类充电行为起始充电时间满足均匀分布。考虑未来充电技术的发展，假设所有车辆充电方式为常规或快速充电，充电效率为90%14。充电功率依照国家标准，出租车日常运营需要容量较大的电池，以BYD E6为参考，其所使用的锂离子电池额定电压为320V、额定容量200Ah，其常规、快速充电功率分别为14KW和90KW。根据私家电动汽车充电行为与充电类

31、型对应时间段及以上假设可以得出单辆电动汽车充电负荷模型建立所需的参数表，见表3.1。表3.1 私家车充电特性车辆类型每天充电次数充电时间段是否限制充电时长各时段充电概率起始SOC分布起始时间分布私家车（工作日）17:30-17:30否0.2（0.6,0.22）（9,0.52）19:00-7:00否0.7（0.6,0.22）（19,1.52）19:00-22:0080min0.1（0.6,0.22）均匀分布私家车（周末）0.820:00-5:00否0.5（0.6,0.22）均匀分布0:00-7:00否0.1（0.6,0.22）均匀分布12:00-22:0080min0.2（0.6,0.22）均匀

32、分布4 大量电动汽车充电负荷模型4.1电动汽车发展趋势中国政府出台了一系列电动汽车相关政策以扶持电动汽车的发展。自2009年开展了“十城千辆”计划，推广的车辆主要在城市的公交、出租、公务、市政等领域，目前试点城市已达25个10。通过分析中国电动汽车发展现状，结合国家以及部分省市发布的电动汽车发展规划，总结出中国电动汽车未来发展趋势大体为：2011-2015年，电动汽车主要在公交车、公务车、出租车中示范运营；2016-2020年在公共交通系统、公务车中实现电动汽车规模化运营，私家车较少；2020-2031年电动私家车加速发展，其比例逐年上升。电动汽车发展规模预测中国汽车产业发展报告（2012年）

33、15中预测的中国私家车未来总量，如表4.1所示。表4.1 私家车预测数量年份私家车/万辆20208298.6203017683.0 以表预测值为常态预测值，以常态预测值的110%作为高预测值，以常态预测值的90作为低预测值12，预测中国私家车辆总量可能的范围，作为仿真的输入参数，预测结果如表4.2所示。表4.2 预测私家车数量范围年份私家车/万辆20207468.749128.46203015914.719451.30假设私家电动车在2020年、2030年占私家车总量的比例分别为10%和30%15。4.2 模型建立4.2.1 函数模型将每一辆电动汽车充电负荷曲线累加，可得到总充电负荷曲线。充电

34、负荷计算的难点在于分析电动汽车起始充电时间和起始SOC的随机性。充电负荷计算以天为计算单位，时间间隔精确到分钟，全天共1440min。第i分钟总充电负荷为所有车辆在此时充电负荷之和，总充电功率可表示为： Li=n=1NPn,i (4-1) 式中：Li为第i分钟总充电功率，i1，2，1440；N为电动汽车总量,Pn,i为第n辆车在第i分钟的充电功率。按充电需求将第n辆电动汽车的第j种充电行为定义为S n, jNC或者S n, jC。第1类充电行为S n, 1NC，无充电时长的约束，充电过程持续到电池充满；第2类充电行为S n, 2NC，有充电时长的约束，在充电时段结束时无论是否充满均停止充电。4

35、.2.2基于蒙特卡洛模拟的电动汽车充电负荷计算由于电动汽车充电行为的不确定性，Pn,i为一随机变量，其大小取决于电池特性、充电时间和充电方式等，同时这些参数符合一定的概率特征，因此，可以采用蒙特卡罗方法求解上述模型。蒙特卡罗（Monte Carlo，简称MC）方法，又称统计模拟法、随机抽样技术，最早由Von.Neuman等数学家提出用来分析一些科学现象，是一种随机模拟方法，以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法，是使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用电子计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。当系统中各个单元的可靠性特征量已

36、知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用，则可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值。随着模拟次数的增多，其精度也逐渐增高。假设电网不控制电动汽车充电行为，电动汽车接入电网后随即开始充电。采用蒙特卡洛模拟抽取单位车辆起始SOC、起始充电时间的电动汽车充电负荷计算方法，其流程图如图4.1所示。电动汽车充电负荷计算，开始输入系统信息，电动汽车计算模式转换N=0N=n+1确定车辆充电行为第一类充电行为 第二类充电行为按给定时间段抽取起始充电时间抽取起始SOC计算充电时间限制长度计算充电所需时间缩小起始充电时间抽样范围抽取起始SOC抽取起始充电时间计算充电所

37、需时间长度计算实际充电所需时间长度累加负荷曲线nN N是否收敛 N停止计算，输出结果 图4.1 蒙特卡罗法计算流程图 系统输入信息包括电动汽车总规模、各种充电行为发生的概率分布、可能的充电时段及起始充电时间的概率分布、充电时长约束、不同类型充电行为对应的起始SOC概率分布。对单辆车辆充电负荷计算时，首先确定该车的充电行为，若该车有多种可能的充电行为，系统产生一个满足U(0,1)均匀分布的随机数，根据不同充电行为发生的概率分布，确定车辆的充电行为。本文假设常规、快速充电电流分别为0.2C和1.25C，电池从零电量充满分别需要5h 和0.8h。对第类充电行为，通过蒙特卡洛模拟抽取起始SOC。假设车

38、辆希望离开时充满电，计算得出充电需求。基于充电方式、充电需求计算充电所需时长。在满足充电所需时长的约束下，缩小起始电时间抽样范围。按指定概率分布对起始充电时间进行抽样。实际充电时长等于充电所需时间。对第类充电行为，在给定的起始充电时间范围内，通过蒙特卡洛模拟方法抽取起始充电时间，计算充电限制时长。根据随机抽取的起始SOC和给定的目标SOC，计算满足充电需求所需充电时长。实际充电时间为充电所需时长与充电限制时长中的较小值。计算周末电动汽车充电负荷曲线时，不考虑私家车上下班的用车行为。4.2.3 VC语言编程由于VC编程中只能产生符合均匀分布的随机数，所以需要一种算法，将均匀分布的随机数转为正态分

39、布随机数。这种算法很多，Marc Brysbaert在1991年发表的Algorithms for randomness in the behavioral sciences: A tutorial一文中，共总结了5种将均匀分布随机数转为正态分布的随机数的算法，这里笔者用到的是Knuth在1981年提出的一种算法。这个算法是将符合u(0,1)均匀分布的随机点转换为符合N(0,1)标准正态分布的随机点，由概率知识可知，要转为符合N(e,v)的一般正态分布，只需进行p*v+e即可。下面是这个算法：Step1:产生符合U(0,1)的随机点u1，u2V=0.875（2u2-1）Z=V/u1A=0.25

40、Z2Step2:如果A0.2598/u1+0.35则回Step1如果Aln(u1)则回到Step1Step3:输出Z+使用VC语言编程完成此过程即：double random_u()产生均匀分布U(0,1)double a=rand() / double(RAND_MAX);return a; double random_n(double va,double ex)把均匀分布转换成正太分布 double V,Z,A,N,u1,u2;loop:u1=random_u();Step1 u2=random_u(); V=0.8578*(2*u2-1); Z=V/u1; A=0.25*Z*Z;if(A

41、0.259/u1+0.35|A-log(u1) ) Step3 goto loop; return N;随机数产生之后使用表2参数，按照流程图1，编写程序，完成模拟，得到大规模私家电动汽车无序充电负荷特性曲线。程序见附录，程序为两大部分，第一部分为工作日模拟程序，第二部分为节假日模拟函数，两大部分程序包括的主要函数与功能如下：#include #include#include #includevoid chargeline1(double va,double ex,double BT,double endT,int bm,int *a)/充电方式1计算函数double soc,t;for(int i=0;i0)break; double time=(1-soc)/0.2*60); / 计算充电所需时间长度for(int j=1;j2;) /缩小起始充电时间抽样范围t=random_n