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| 基于博弈的大规模电动汽车的分布式充电最优控制 摘 要 本文主要研究的是大规模电动汽车(小用户)和一些大型充电用户(大用户)例如大型电动汽车车队，抽水储能系统等的充电策略。由于集中协调控制无法实现对大规模电动汽车系统以及大型充电用户的控制，所以在本文中，提出一种基于博弈的分布式的协调控制策略。 首先，建立大小用户的充电模型，假设所有的小用户和大用户都足够理性且都希望使自己的充电成本最小，其中，用电单价是由总的用电需求所决定。随着小用户数量的的持续增长，每个小用户由于其总体数量巨大而对总体电网需求的改变可以忽略不计，但是每个大用户的充电明显地影响电网的总充电需求。同时，在小用户数足够大的前提下，所有的用户都可以看到其他用户的充电策略的平均值，进而，每个小用户和大用户可以计算其充电策略。 在这种情况下，若(1)每个小用户的最优控制取决于每个小用户和大用户的用电需求的集合；(2)每个大用户的最优策略取决于小用户的充电策略的集合和其他的大型充电用户的充电策略之和；那么每个用户的协调策略的集合为一个纳什均衡。而且此时的充电策略是在小用户数足够大的情况下一个定点问题的近似解。 本文主要论证了实现纳什均衡的一种算法。所有的小用户根据大用户的充电策略和小用户充电策略的策略均值不断更新各自的策略。直到参与博弈的用户不再更新自己的策略时，算法程序不再执行。即首先是小用户根据算法程序更新策略实现最优之后，然后大用户开始根据小用户已经更新好的策略均值和其他大用户的充电策略依次更新各自的充电策略。直到小用户和大用户都不再更新各自的充电策略，上述的算法程序停止。 在实际情形下，首先是各用户在充电前提交各自的充电策略，然后进行博弈。因为每个用户都是同步独立的更新自己的充电策略，所以这个算法的执行时间与电动汽车的用户数无关，而与大用户数有关。在通常情况下，最优策略使得策略更新使整个系统近似达到最优。如果小用户为同类用户，即各项参数都相同，则填谷策略为纳什均衡。在文章的第五章，用仿真对该算法的结果进行了验证。 围绕大规模电动汽车与大型充电用户的协调控制策略，进行电动汽车与电网交互协调控制系统平台设计，对平台的整体框架、所选用技术，平台构架做了一系列的研究。 关键词：电动汽车；大型充电用户；纳什均衡；充电协调控制；填谷策略； 目 录 第1章 绪论 1 1.1 研究领域简介 1 1.1.1 智能电网的研究现状和发展趋势 1 1.1.2 电动汽车的发展和前景 2 1.1.3 电动汽车与智能电网的关系 4 1.1.4 博弈论中的纳什均衡 4 1.1.5 本课题国内外研究现状及发展趋势 6 1.2 本文的研究意义 6 1.3 全文主要研究内容 8 第2章 电动汽车充电策略的基本理论 9 2.1动态规划及纳什均衡 9 2.1.1 动态规划的基本原理 9 2.1.2 纳什均衡 11 2.2 电力负荷特性分析基础 13 2.2.1 负荷的组成 14 2.2.2 电力负荷的分类 15 2.2.3 电力系统负荷的特点 16 2.2.4 电动汽车充电对电力系统的影响 18 2.3 本章小结 18 第3章 大规模电动汽车充电用户的分布式协调控制机制研究 20 3.1 分布式协调控制机制研究 21 3.1.1 电动汽车充电的动态方程 21 3.1.2 电动汽车充电成本模型 22 3.1.3 大规模电动汽车用户实现纳什均衡的分布式控制方法 23 3.2 大规模电动汽车用户和少量可控大型充电用户的协调控制机制研究 26 3.2.1 电动汽车用户和大型充电用户的分布式协调控制模型 27 3.2.2 关于混合博弈实现纳什均衡的分布式机制研究 29 3.3 本章小结 37 第4章 电动汽车充电策略的仿真结果及分析 39 4.1 大规模电动汽车用户的充电策略博弈 39 4.1.1 相同参数的小用户的充电策略博弈 40 4.1.2 相同参数不同跟踪常数的小用户的充电策略博弈 40 4.2 大用户与小用户的充电策略博弈 42 4.2.1 大用户加入后的充电策略博弈 42 4.2.2 纳什均衡的特性 44 4.3 本章小结 46 第5章 电动汽车与电网交互协调控制系统平台设计 47 5.1 系统概述 47 5.1.1 系统目标及系统功能 47 5.1.2 系统设计性原则 47 5.2 主要技术手段 48 5.2.1 CAN总线技术 48 5.2.2紫蜂（zigbee）技术 50 5.2.3 GPRS通信技术 51 5.3 系统组成及组网方式 54 5.3.1 车载模块组成描述 54 5.3.2 互动协调系统组成描述 56 5.4 软硬件设计 58 5.4.1 智能车载终端硬件设计 58 5.4.2 中央处理器的软件设计 58 5.4.3 电池管理模块设计 62 5.4.4互动协调系统设计 63 5.5 本章小结 64 第6章 结论 65 参考文献 67 |
