電動(dòng)汽車(chē)有序充放電管理策略設計

V2G技術(shù)描述的是一種新型電網(wǎng)技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)不僅作為電力消費體，同時(shí)，在電動(dòng)汽車(chē)閑置時(shí)可通過(guò)蓄電池放電為電網(wǎng)提供電力，實(shí)現在受控狀態(tài)下電動(dòng)汽車(chē)的能量與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)和交換。利用電動(dòng)汽車(chē)大規模接人形成的規模效益，配備V2G技術(shù)支持，電動(dòng)汽車(chē)電池既可為車(chē)供能，又能作為智能電網(wǎng)的移動(dòng)儲能單元接人電網(wǎng)，用于削峰填谷、旋轉備用，提高電網(wǎng)供電靈活性、可靠性和能源利用效率。

有文獻資料顯示，一天當中900/0的電動(dòng)車(chē)輛都可以參加V2CJ服務(wù)，即使在交通的高峰期也有80%多的車(chē)輛是停著(zhù)的，而且對于私家電動(dòng)車(chē)一天當中只有4%~5%的時(shí)間是行駛的，也即95%的時(shí)間可以參加V2G服務(wù)。即便是白天出勤率高的電動(dòng)公交車(chē)、出租車(chē)、環(huán)衛車(chē)和貨運車(chē)輛等，也可以在夜間負荷低谷時(shí)充電，起到填谷的作用。而且電動(dòng)汽車(chē)電池的充放電效率比一般的抽水蓄能電站運行的平均綜合能源效率要高，充放電速度可達到毫秒級，對調節命令響應快速準確。V2CJ具有一定的調頻功能，且V2G站可以不受動(dòng)作次數和頻率限制實(shí)現功率上調和下調的交替工作，這一點(diǎn)與常規電廠(chǎng)比較具有明顯優(yōu)勢。隨著(zhù)以風(fēng)能、光伏為代表的分布式電源的發(fā)展，由于風(fēng)能和光伏的間歇性特征，使發(fā)電輸出功率具有較大的波動(dòng)性，可以利用電功汽車(chē)充電站的V2G功能，使其作為備用容量對分布式電源接人所產(chǎn)生的擾動(dòng)進(jìn)行平抑，以減少火電或其他常規機組的備用容量。

可見(jiàn)，V2G技術(shù)的應用具有明顯的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。V2G中的車(chē)輛在完成自身行駛功能的同時(shí)，不需要添加額外裝置，充分利用閑置的電動(dòng)汽車(chē)儲能能力，鼓勵用戶(hù)參與V2G服務(wù)，使電動(dòng)車(chē)用戶(hù)獲得收益，既節省增設固定儲能裝置投資，又可減少部分電廠(chǎng)的調節容量，進(jìn)而提高常規電廠(chǎng)運行的經(jīng)濟性能，是實(shí)現電網(wǎng)、常規電廠(chǎng)、電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)多贏(yíng)的好方式。

2.2 電動(dòng)汽車(chē)充放電對電網(wǎng)的影響

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的普及，電動(dòng)汽車(chē)將大規模接人電網(wǎng)充放電，大規模的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充放電行為將對電力系統產(chǎn)生很大影響。

(1)大規模電動(dòng)汽車(chē)充電將帶來(lái)一輪負荷增長(cháng)，若電動(dòng)汽車(chē)集中在負荷高峰期充電，將進(jìn)一步拉大電網(wǎng)負荷峰谷差，加重電力系統的負擔。

(2)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電時(shí)間和空間分布的不確定性將導致電動(dòng)汽車(chē)充電負荷具有較大的隨機性，這將加大電網(wǎng)控制的難度和運行風(fēng)險。

(3)電動(dòng)汽車(chē)屬于非線(xiàn)性負荷，充電所使用的電力電子設備將產(chǎn)生大量的諧波，降低電能質(zhì)量，減損電氣設備比如配電變壓器的使用壽命。

(4)電動(dòng)汽車(chē)的接人對配電網(wǎng)的規劃提出新的挑戰。配電網(wǎng)大量充電設施的建設以及大量的電動(dòng)汽車(chē)充電負荷將改變配電網(wǎng)用電結構，傳統配電網(wǎng)規劃準則將無(wú)法適用于大規模電動(dòng)汽車(chē)接人的場(chǎng)景。

因為電動(dòng)汽車(chē)的充放電行為完全從屬于車(chē)主的意愿，使用常規的調度手段來(lái)使其按照電網(wǎng)側的安排進(jìn)行充放電是不現實(shí)的。然而，需求側響應作為可以充分利用價(jià)格杠桿的手段，運用得當可以激勵電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)主動(dòng)對其充放電負荷進(jìn)行有效管理。

實(shí)施基于需求側響應的電動(dòng)汽車(chē)充放電有序管理，可以在一定程度上有效整合規模龐大卻又時(shí)空特性分散的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行有序充放電，以減小對電力系統的影響，節約車(chē)主充電成本，有效提高電網(wǎng)的利用率。

3.電動(dòng)汽車(chē)允放電的負荷特性分析

根據電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現狀，可將電動(dòng)汽車(chē)的充放電負荷分為分散充電樁充放電負荷、公交車(chē)充電站負荷、快充電站充電負荷和換電站負荷4種類(lèi)型。

3.1 分散充電樁充放電負荷

使用分布式充電樁進(jìn)行常規充放電是私人電動(dòng)汽車(chē)的首選充電方式，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和普及，私家電動(dòng)汽車(chē)相對其他種類(lèi)的電動(dòng)汽車(chē)而言，數量相對較大，分布范圍很廣，運行和充電隨機性更強，但正是由于其極大的充電隨機性，電動(dòng)汽車(chē)的充電負荷大多在一定程度上是可以調控的，因而，研究電動(dòng)汽車(chē)分散充電樁充放電負荷特性，有針對性地對其進(jìn)行調節，有利于改善充電樁規?；ㄔO時(shí)電網(wǎng)的負荷特性。對于電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有

電價(jià)等激勵因素，他們一般都會(huì )選擇在自己方便的時(shí)候給車(chē)充電，而且不考慮向電網(wǎng)放電。因為電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的周車(chē)目的及頻率等因人而異，考慮到用戶(hù)用車(chē)情況及使用習慣的多樣化，電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間的選擇就是一個(gè)隨機變量。由于充電時(shí)間選擇受用戶(hù)個(gè)人偏好等一些隨機因素影響，而這些影響因素的變化在自然狀態(tài)下是相互獨立的，互不干擾，同時(shí)也可以疊加，因此根據概率論與統計學(xué)的相關(guān)理論，可以認為電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間的選擇這個(gè)隨機變量也是服從正態(tài)分布的。

3.2 公交車(chē)充電站負荷

電動(dòng)公交車(chē)屬于大容量大型電動(dòng)車(chē)，其充電設施建設模式為“1車(chē)1位1機”，即車(chē)輛數與充電機數基本一致。在充電站規?；l(fā)展階段，可以認為大多數電動(dòng)公交車(chē)都能實(shí)現日間行駛夜間充電，只有少量需要直接更換電池進(jìn)行日間電能補給。鑒于此，可以考慮將公交車(chē)負荷當作純可控負荷來(lái)處理，并不考慮其向電網(wǎng)回送電力的能力，且電動(dòng)公交車(chē)的這種負荷因為其行駛線(xiàn)路固定，在自然狀態(tài)下的負荷需求也是基本固定的。

3.3 快充電站負荷

快充電站可以在車(chē)輛行駛的間隙進(jìn)行快速充電，以滿(mǎn)足其運行需要，由于其充電電流較大，所以可能會(huì )對區域配電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響。而且快充電站的負荷主要受充電車(chē)輛的影響，不確定性很大，而且電動(dòng)汽車(chē)到快充電站充電，一般都是電池電量很低急需充電續航的時(shí)候，所以快充電站的負荷隨機性大，且不可控性高，而且在充電過(guò)程中可能對電網(wǎng)產(chǎn)生諸如諧波、電壓等電能質(zhì)量的影響。

3.4 換電站負荷

換電站有多種可行的運營(yíng)模式。一種比較合適的換電站運行模式是集中充電、配送電池、在換電門(mén)市完成換電。大規模的電池充電站可以建在比較偏僻且對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)更易于控制的地方，通過(guò)物流配送的方式，送到規劃好的各個(gè)換電門(mén)市，這樣可以避免換電門(mén)市在市區占用大量的土地，又可以方便地對電池充放電進(jìn)行管理。在這種模式下，換電站的負荷比較容易控制，可以在電網(wǎng)負荷低谷時(shí)集中充電，也可以在電網(wǎng)負荷高峰或是需要備用、調頻的時(shí)候集中快速放電，起到儲能站的作用。當然，換電站的這種負荷的充放電調控受到用戶(hù)換電需求、電池特性等約束，有其調控的上下限。