电动汽车有序充放电管理策略设计

V2G技术描述的是一种新型电网技术，电动汽车不仅作为电力消费体，同时，在电动汽车闲置时可通过蓄电池放电为电网提供电力，实现在受控状态下电动汽车的能量与电网之间的双向互动和交换。利用电动汽车大规模接人形成的规模效益，配备V2G技术支持，电动汽车电池既可为车供能，又能作为智能电网的移动储能单元接人电网，用于削峰填谷、旋转备用，提高电网供电灵活性、可靠性和能源利用效率。

有文献资料显示，一天当中900/0的电动车辆都可以参加V2CJ服务，即使在交通的高峰期也有80%多的车辆是停着的，而且对于私家电动车一天当中只有4%~5%的时间是行驶的，也即95%的时间可以参加V2G服务。即便是白天出勤率高的电动公交车、出租车、环卫车和货运车辆等，也可以在夜间负荷低谷时充电，起到填谷的作用。而且电动汽车电池的充放电效率比一般的抽水蓄能电站运行的平均综合能源效率要高，充放电速度可达到毫秒级，对调节命令响应快速准确。V2CJ具有一定的调频功能，且V2G站可以不受动作次数和频率限制实现功率上调和下调的交替工作，这一点与常规电厂比较具有明显优势。随着以风能、光伏为代表的分布式电源的发展，由于风能和光伏的间歇性特征，使发电输出功率具有较大的波动性，可以利用电功汽车充电站的V2G功能，使其作为备用容量对分布式电源接人所产生的扰动进行平抑，以减少火电或其他常规机组的备用容量。

可见，V2G技术的应用具有明显的社会效益和经济效益。V2G中的车辆在完成自身行驶功能的同时，不需要添加额外装置，充分利用闲置的电动汽车储能能力，鼓励用户参与V2G服务，使电动车用户获得收益，既节省增设固定储能装置投资，又可减少部分电厂的调节容量，进而提高常规电厂运行的经济性能，是实现电网、常规电厂、电动汽车用户多赢的好方式。

2.2 电动汽车充放电对电网的影响

随着电动汽车的普及，电动汽车将大规模接人电网充放电，大规模的电动汽车无序充放电行为将对电力系统产生很大影响。

(1)大规模电动汽车充电将带来一轮负荷增长，若电动汽车集中在负荷高峰期充电，将进一步拉大电网负荷峰谷差，加重电力系统的负担。

(2)电动汽车用户充电时间和空间分布的不确定性将导致电动汽车充电负荷具有较大的随机性，这将加大电网控制的难度和运行风险。

(3)电动汽车属于非线性负荷，充电所使用的电力电子设备将产生大量的谐波，降低电能质量，减损电气设备比如配电变压器的使用寿命。

(4)电动汽车的接人对配电网的规划提出新的挑战。配电网大量充电设施的建设以及大量的电动汽车充电负荷将改变配电网用电结构，传统配电网规划准则将无法适用于大规模电动汽车接人的场景。

因为电动汽车的充放电行为完全从属于车主的意愿，使用常规的调度手段来使其按照电网侧的安排进行充放电是不现实的。然而，需求侧响应作为可以充分利用价格杠杆的手段，运用得当可以激励电动汽车用户主动对其充放电负荷进行有效管理。

实施基于需求侧响应的电动汽车充放电有序管理，可以在一定程度上有效整合规模庞大却又时空特性分散的电动汽车进行有序充放电，以减小对电力系统的影响，节约车主充电成本，有效提高电网的利用率。

3.电动汽车允放电的负荷特性分析

根据电动汽车的发展现状，可将电动汽车的充放电负荷分为分散充电桩充放电负荷、公交车充电站负荷、快充电站充电负荷和换电站负荷4种类型。

3.1 分散充电桩充放电负荷

使用分布式充电桩进行常规充放电是私人电动汽车的首选充电方式，随着电动汽车的发展和普及，私家电动汽车相对其他种类的电动汽车而言，数量相对较大，分布范围很广，运行和充电随机性更强，但正是由于其极大的充电随机性，电动汽车的充电负荷大多在一定程度上是可以调控的，因而，研究电动汽车分散充电桩充放电负荷特性，有针对性地对其进行调节，有利于改善充电桩规模化建设时电网的负荷特性。对于电动汽车用户来说，如果没有

电价等激励因素，他们一般都会选择在自己方便的时候给车充电，而且不考虑向电网放电。因为电动汽车用户的周车目的及频率等因人而异，考虑到用户用车情况及使用习惯的多样化，电动汽车充电时间的选择就是一个随机变量。由于充电时间选择受用户个人偏好等一些随机因素影响，而这些影响因素的变化在自然状态下是相互独立的，互不干扰，同时也可以叠加，因此根据概率论与统计学的相关理论，可以认为电动汽车充电时间的选择这个随机变量也是服从正态分布的。

3.2 公交车充电站负荷

电动公交车属于大容量大型电动车，其充电设施建设模式为“1车1位1机”，即车辆数与充电机数基本一致。在充电站规模化发展阶段，可以认为大多数电动公交车都能实现日间行驶夜间充电，只有少量需要直接更换电池进行日间电能补给。鉴于此，可以考虑将公交车负荷当作纯可控负荷来处理，并不考虑其向电网回送电力的能力，且电动公交车的这种负荷因为其行驶线路固定，在自然状态下的负荷需求也是基本固定的。

3.3 快充电站负荷

快充电站可以在车辆行驶的间隙进行快速充电，以满足其运行需要，由于其充电电流较大，所以可能会对区域配电网产生有害影响。而且快充电站的负荷主要受充电车辆的影响，不确定性很大，而且电动汽车到快充电站充电，一般都是电池电量很低急需充电续航的时候，所以快充电站的负荷随机性大，且不可控性高，而且在充电过程中可能对电网产生诸如谐波、电压等电能质量的影响。

3.4 换电站负荷

换电站有多种可行的运营模式。一种比较合适的换电站运行模式是集中充电、配送电池、在换电门市完成换电。大规模的电池充电站可以建在比较偏僻且对于电网来说更易于控制的地方，通过物流配送的方式，送到规划好的各个换电门市，这样可以避免换电门市在市区占用大量的土地，又可以方便地对电池充放电进行管理。在这种模式下，换电站的负荷比较容易控制，可以在电网负荷低谷时集中充电，也可以在电网负荷高峰或是需要备用、调频的时候集中快速放电，起到储能站的作用。当然，换电站的这种负荷的充放电调控受到用户换电需求、电池特性等约束，有其调控的上下限。