开放电力市场下电动汽车并网技术

　　《开放电力市场下电动汽车并网技术》包括电动汽车的充电、预测、功率调节、阻塞管理以及电力市场等。本书共分11章，内容包括汽车电气化、电动汽车与当前北欧电力市场、未来电力市场模式下的电动汽车、综合电力交通系统的投资与运营、电动汽车优化充电的动态规划方法、电动汽车组合管理、电动汽车调节功率分析、源于电动汽车的调频备用容量与电压支撑、电动汽车电池的运行和退化问题、考虑电动汽车阻塞管理的日前电价、电动汽车并网对配电网的影响研究等。其中重点介绍了未来电力市场模式下的电动汽车形态、电力交通系统的投资与运行、电动汽车调节功率分析和对配电网的影响等内容，以简练的语言和代表性的实例向读者介绍了开放电力市场下电动汽车并网技术，为初识电力市场下电动汽车并网的读者提供指导。 《开放电力市场下电动汽车并网技术》内容先进、体系合理、讲解详尽、深入浅出、文字流畅、通俗易懂，是初学者了解电力市场背景下的电动汽车并网的理想教材，既可以作为理工科院校电力系统、车辆工程等专业的教材，也可供电力、电工、汽车领域的科研人员参考。

　　吴秋伟，丹麦科技大学电气工程系博士生导师、副教授。2000年和2003年在南京理工大学获得电气工程专业学士和电力系统及其自动化专业硕士学位。2009年在南洋理工大学获得电力系统工程专业博士学位。2008年3月至2009年10月，在维斯塔斯新加坡研发中心担任高级研发工程师。2009年11月至2010年10月在丹麦科技大学攻读博士后。吴博士2012年2月到5月在加州大学伯克利分校担任访问学者，与Oren教授开展配电网节点电价的研究；2013年11月在挪威能源研究所SINTEF Energy担任访问学者，开展电动汽车并网对北欧电网影响的研究；2017年11月至2018年10月获得丹麦Otto Monsted基金的资助，在哈佛大学工程与应用科学学院哈佛中国项目组担任访问学者。吴博士的研究方向为高比例可再生能源并网后电力系统运行与控制，包括风力发电建模与控制、主动配电网优化运行、综合能源系统运行与实时控制。他已经发表了92篇SCI期刊论文、25篇其他期刊论文和73篇会议论文。

译者序
原书前言
缩略语表
第 1章　汽车电气化：两种方案下的政策驱动及影响.......1
1.1　引言 .......................................... 1
1.2　政策驱动因素、政策与目标 ....... 2
1.2.1　芬兰 ................................... 5
1.2.2　瑞典 ................................... 6
1.2.3　丹麦 ................................... 7
1.2.4　挪威 ................................... 8
1.2.5　北欧国家对比 ..................... 9
1.3　场景与环境影响评价 ..............10
1.4　BEV和 PHEV突破性进展的未来政策驱动 ................. 14
1.4.1　创业活动 ............................ 15
1.4.2　知识发展和知识传播 .......... 16
1.4.3　积极的外部影响 .................16
1.4.4　资源调动 ............................ 16
1.4.5　指南 ................................... 17
1.4.6　创建市场 ............................ 17
1.4.7　合法性 ............................20
1.4.8　实体化 ......................... 20
1.5　结果与总结 ............................20
致谢 ................................................. 22
参考文献 .......................................... 22
第 2章　电动汽车与当前北欧电力市场 ……..28
2.1　引言 .......................................... 28
2.2　电动汽车的电力消费 .................29
2.2.1　电动汽车的典型能耗 .......... 29
2.2.2　电网的潜在挑战 ................ 29
2.3　市场参与者 ...............................32
2.3.1　电力用户：私家车主 ...........32
2.3.2　配电系统运营商 /电网公司….. 33
2.3.3　电力零售商 .........................33
2.3.4　发电商 ...............................33
2.3.5　车队运营商 ........................33
2.3.6　输电系统运营商 ................33
2.3.7　北欧电力交易所 ................34
2.4　北欧电力市场 ............................ 34
2.4.1　现货市场与金融市场 ..........35
2.4.2　日内市场 ............................ 36
2.4.3　调节功率市场 ..................... 36
2.4.4　北欧调节功率市场的未来发展 ............................ 38
2.5　电价 .......................................... 38
2.6　需求响应的售电产品 .............. 40
2.7　不同电力市场中的电动汽车 ....... 41
参考文献 .......................................... 45
第 3章　未来电力市场模式下的电动汽车 ............................... 46
3.1　引言 .......................................... 46
3.2　概述 .......................................... 46
3.2.1　现货市场 ............................ 46
3.2.2　调节功率市场 ..................... 47
3.2.3　自动备用容量 ..................... 47
3.2.4　配电网阻塞 ........................ 47
3.2.5　配电系统运营商的角色 ....... 47
3.3　适用于电动汽车并网的调节功率与备用容量候选市场 ..............48
3.4　电动汽车并网的候选电力市场模式 ..................................... 56
3.4.1　节点电价（输电网中的节点电价）................................... 56
3.4.2　综合竞标 ............................ 57
3.5　配电网阻塞管理 ......................59
参考文献 .......................................... 69
第 4章　综合电力交通系统的投资与运营 ................................... 70
4.1　引言 .......................................... 70
4.2　道路交通系统 ............................ 71
4.2.1　未来道路交通系统及其与电力系统并网展望 ..................... 71
4.3　能源系统分析模型 Balmorel ....... 72
4.4　电动汽车模型 ............................ 72
4.4.1　假设 ................................... 73
4.4.2　成本 ................................... 74
4.4.3　交通需求 ............................ 75
4.4.4　功率流 ...............................75
4.4.5　可变负荷系数 ..................... 80
4.4.6　BEV ................................... 80
4.4.7　电动汽车对容量可信度方程的有利影响 ................ 80
4.5　案例分析 ................................... 81
4.5.1　车辆技术 ............................ 83
4.5.2　行驶模式与插电模式 .......... 83
4.6　场景 .......................................... 86
4.7　结果 .......................................... 87
4.8　电动汽车对于容量可信度方程的影响结果 ..................... 92
4.9　讨论与总结 ............................… 94
4.10　结论 .......................................... 95
参考文献 .......................................... 95
第５章　电动汽车优化充电的动态规划方法............................ 97
5.1　引言 .......................................... 97
5.2　混合动力电动汽车 ..................... 98
5.3　市场条件下的优化充电 .............. 99
5.4　动态规划 ............................... 100
5.5　车队运营 ............................... 101
5.6　电价 ........................................102
5.6.1　电价的马尔可夫链 ............102
5.6.2　电价 -负荷相关性.............. 102
5.7　行驶模式 ............................... 103
5.7.1　车辆聚类 ............................103
5.8　丹麦案例分析 ........................104
5.9　最优充电模式 ........................105
5.9.1　单一车辆运营 ................. ..105
5.9.2　车队运营 ........................ 108
5.10　讨论与总结 ............................ 110
致谢 ............................................. 111
参考文献 ......................................111
第６章　电动汽车组合管理.................. 112
6.1　引言 ......................................112
6.2　电动汽车模型和充电策略 ....... 112
6.2.1　系统设定 ......................... 112
6.2.2　电池建模 .........................114
6.2.3　充电策略 .........................115
6.3　电动汽车车队管理案例研究 …….121
6.3.1　系统描述 ........................121
6.3.2　场景描述 ......................... 126
6.3.3　充电方法案例分析结论 …… 131
6.3.4　未来的影响 ..................... 132
参考文献 ......................................132
第７章　电动汽车调节功率分析..........133
7.1　引言 ...................................133
7.2　电动汽车并网的行驶模式分析 …… 133
7.2.1　行驶距离分析 ................. 134
7.2.2　电动汽车可用性分析 ....... 137
7.3　基于现货价格的电动汽车充电计划 ........................... 139
7.3.1　基于现货价格的电动汽车充电计划 ....................... 140
7.3.2　基于现货价格的智能充电方案 ...............................143
7.4　电动汽车调节功率分析 ...........144
7.4.1　调节功率需求及电价分析………144
7.4.2　电动汽车并网调节功率容量的分析 ........................146
7.4.3　电动汽车调节功率的经济效益 ............................... 151
7.5　结论 ......................................153
参考文献 ......................................154
第 8章　源于电动汽车的调频备用容量与电压支撑 ......... 155
8.1　引言 ...................................... 155
8.2　电力系统辅助服务 ..................155
8.3　电动汽车支撑风电并网 ..........156
8.4　电动汽车作为调频备用容量 ……157
8.4.1　一次调频备用容量 .......... 158
8.4.2　二次调频备用容量 ..........160
8.4.3　三次调频备用容量 ..........163
8.5　电力系统中的电压支撑和电动汽车并网趋势 ............. 164
8.6　结论 ...................................164
致谢 ......................................... 164
参考文献 ................................... 165
第 9章　电动汽车电池的运行和退化问题 ...........................167
9.1　引言 ......................................167
9.2　电池建模和验证技术 .............. 168
9.2.1　背景 ...............................168
9.2.2　实验测试技术 ................ 169
9.2.3　电池模块退化 .................178
9.2.4　试验设置和结果 .............. 179
9.3　电动汽车电池的热效应与退化 181
9.4　电池等效电路模型 .................190
9.4.1　电池建模：动态性能 ....... 190
9.4.2　文献中描述的电池单元模型 .............................191
9.4.3　电池模型在 MATLAB中的实现 ......................... 192
9.4.4　模型参数设定与验证 ....... 196
参考文献 ......................................198
第 10章　考虑电动汽车阻塞管理的日前电价 ............... 200
10.1　引言 ...................................200
10.1.1　电力系统阻塞 ..............200
10.1.2　协调式电动汽车充电 ....... 202
10.2　动态电价概念 .....................204
10.2.1　动态电价框架 ............. 206
10.2.2　动态电价计算 ..............207
10.2.3　电动汽车最优充电管理 211
10.3　案例分析 ............................212
10.3.1　车辆行驶数据 ..............212
10.3.2　电动汽车车队特性 .......213
10.3.3　电价概况 ..................... 214
10.3.4　电网 ............................214
10.3.5　软件和案例参数研究 ....... 215
10.3.6　案例分析结果 ..............216
10.4　结论 ...................................221
参考文献 ...................................221
第 11章　电动汽车并网对配电网的影响研究 ................ 223
11.1　引言 ...................................223
11.2　研究方法与场景 ..................... 223
11.2.1　电动汽车并网影响的电网模型 ............................224
11.2.2　电力需求数据 ..............224
11.2.3　电动汽车需求数据 .......224
11.2.4　电网中的电动汽车分布 225
11.2.5　负荷约束 .....................225 1
1.2.6　局限性 ............................ 226
11.3　博恩霍尔姆岛电力系统 ....... 226
11.3.1　博恩霍尔姆岛电力系统概述 ............................226
11.3.2　PowerFactory中的博恩霍尔姆岛电力系统模型 .............. 227
11.4　常规需求曲线建模 ..............…… 230
11.5　对 0.4kV电网的影响研究 ....... 234
11.6　对 10kV电网的影响研究 ....... ..237
11.7　对 60kV电网的影响研究 ....... .240
11.8　结论 ...........................................244
参考文献 ..............................................245