電動汽車動力電池參與電網(wǎng)調(diào)峰的應(yīng)用

　　1 概述

　　近年來， 隨著純電動汽車技術(shù)和動力鋰離子電池技術(shù)的迅速發(fā)展， 大規(guī)模集中式充電站已經(jīng)開始出現(xiàn)。2008年北京市奧運(yùn)會期間建設(shè)了國內(nèi)第1個集中式充電站， 可滿足50輛純電動大巴的動力電池充電需求。2010 年上海世博會規(guī)劃了可供120輛純電動大巴充電的集中式充電站， 并已進(jìn)入建設(shè)實施階段。北京市規(guī)劃2010年再建設(shè)4個與奧運(yùn)會充電站同等規(guī)模的充電站。其他進(jìn)入“十城千輛”計劃的城市， 如大連、深圳、南昌等， 都在規(guī)劃建設(shè)集中式充電站。

　　隨著電動汽車的推廣應(yīng)用和充電站的建設(shè)，人們對電動汽車和充電站的認(rèn)識已經(jīng)不僅僅局限在代步工具和“加油站”上， 而是希望開拓更廣泛的應(yīng)用。雖然目前國內(nèi)外運(yùn)行和正在建設(shè)的充電站， 多數(shù)只具有為電動汽車供給能源的單一功能，但美國、德國等國家已經(jīng)在進(jìn)行V2G （ Vehicle to Grid）相關(guān)技術(shù)的研究。

　　V2G是指電動車輛作為移動儲能單元在受控狀態(tài)下實現(xiàn)與電網(wǎng)的能量與信息的雙向交換，電動汽車（充電站）不但從電網(wǎng)獲得能量， 而且實現(xiàn)在必要時電動汽車（充電站）向電網(wǎng)反送電， 從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

　　含有分布式移動儲能單元的電動汽車具有與大電網(wǎng)互補(bǔ)、可緩解電網(wǎng)供電緊張和提高電網(wǎng)可靠性等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展， 電動汽車動力電池移動儲能應(yīng)用還可進(jìn)一步降低電力系統(tǒng)的投資和運(yùn)營成本， 超大型的電站與分散微型電站的結(jié)合可以降低在輸配電線路上的投資， 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。特別地， 與眾多的分布式電源相比， 電動汽車動力電池移動儲能最大的優(yōu)勢是， 當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時， 電動汽車動力電池移動儲能仍能保持正常運(yùn)行， 由此可提高電力系統(tǒng)的抗災(zāi)能力。

　　2 V2G技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢與可行性

　　總體來看， 各大電網(wǎng)的峰谷差日趨增大， 電網(wǎng)的調(diào)峰能力和客觀上的調(diào)峰需要之間的矛盾十分尖銳， V2G參與電力系統(tǒng)調(diào)峰對于應(yīng)對日趨嚴(yán)重的調(diào)峰問題具有極其重大的意義。

　　2. 1 V2G技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

　?。?） 調(diào)整容量可以保證。1 日24 h 當(dāng)中90%的電動車輛都可以參加V2G 服務(wù)， 即使在交通的高峰期也有80% 多的車輛是停著的， 而且對于私家電動車絕大多數(shù)時間處于停駛狀態(tài)。

　　（2） 響應(yīng)速度快。具有雙向功率調(diào)節(jié)功能的電動車充放電可達(dá)到ms級， 而傳統(tǒng)調(diào)峰電源由于要考慮到機(jī)械元件的壽命， 響應(yīng)時間最快也在s級左右。

　?。?） 響應(yīng)功率儲備裕度小。傳統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻對AGC信號的不準(zhǔn)確響應(yīng)， 要求電網(wǎng)調(diào)度有更大的響應(yīng)功率儲備裕度， 而V2G 對調(diào)峰、調(diào)頻命令響應(yīng)快速準(zhǔn)確， 可以減少功率儲備裕度。

　?。?） 綜合效率高。電池的充放電效率比一般的抽水蓄能電站運(yùn)行的平均綜合能源效率要高。

　?。?） 具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。電動汽車可充分利用電網(wǎng)谷電， 并在電網(wǎng)處于高峰時提供服務(wù)。

　　2. 2 V2G技術(shù)應(yīng)用的可行性

　　電動汽車/充電站具備功率雙向交換功能， 既可以向電網(wǎng)輸送功率（即電動汽車放電狀態(tài)） , 也可以從電網(wǎng)吸收功率（即電動汽車充電狀態(tài)） ; 其次， 電動汽車/充電站具有雙向通信功能， 能夠遠(yuǎn)程接收指令和發(fā)送功率信息， 調(diào)峰指令由電網(wǎng)調(diào)度通過充電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給電動車， 電動汽車的響應(yīng)被監(jiān)測、記錄并通過通信網(wǎng)絡(luò)反饋給充電站（后臺管理系統(tǒng)）。如電動汽車發(fā)展到一定規(guī)模， 有相關(guān)政策和技術(shù)支持， 調(diào)峰指令也可通過無線通信直接發(fā)送給電動汽車， 電動汽車的響應(yīng)可以被監(jiān)測并記錄（各電動汽車響應(yīng)結(jié)果也應(yīng)該通過無線通信反饋給充電站后臺管理系統(tǒng)）。因此， 電動汽車可以按照電網(wǎng)要求實現(xiàn)有組織、有計劃的調(diào)峰。

　　3 實現(xiàn)V2G調(diào)峰應(yīng)用的基本思路

　　電網(wǎng)依據(jù)調(diào)峰需求并按照各充電站的V2G統(tǒng)計信息， 通過相關(guān)策略制定V2G 充放電計劃下發(fā)給各充電站； 各充放電站接到計劃后， 通過相關(guān)策略及算法合理選擇車輛， 分配充放電功率， 保證充放電計劃合理執(zhí)行。V2G 參與系統(tǒng)調(diào)峰的示意圖如圖1所示。

圖1 V2G參與系統(tǒng)調(diào)峰的示意圖

　　4 可用容量與可用時間的預(yù)測

　　從電網(wǎng)安全的角度來看， V2G 作為具有用戶參與性的分布式發(fā)電單元大量接入系統(tǒng)必然會對電網(wǎng)的運(yùn)行帶來一定的影響， 因此準(zhǔn)確預(yù)測V2G在調(diào)度過程中的各種參數(shù)必將成為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)關(guān)注的問題之一。正是由于V2G 具有與用戶能量雙向交互的互動性， 因此其可用容量的預(yù)測問題也比傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測更為復(fù)雜。從技術(shù)來分析， V2G儲能可用容量的獲得可以通過以下兩種方式。

　?。?） 采用用戶設(shè)置的方式

　　指用戶在一個周末設(shè)置好下一周車輛參與V2G的計劃。V2G 運(yùn)營商和后臺管理中心以此為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計下一周的V2G可用容量， 在實際的充放電執(zhí)行中優(yōu)先執(zhí)行計劃部分。該模式與電力市場中合同市場與實時市場的模式類似， 具有較好的推廣前景。

　　（2） 采用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測的方式

　　V2G的容量受到天氣、節(jié)假日、價格、溫度、季節(jié)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況與電動汽車參與V2G 服務(wù)的數(shù)量密切相關(guān)。在V2G 服務(wù)推行初期， 由于參與的車輛相對較少， 因此， 可以采用高峰時段放電的模型進(jìn)行。隨著技術(shù)和市場的成熟， 參與的車輛逐步增多， 而V2G 的歷史數(shù)據(jù)也會逐漸積累， 從而可以采取各種預(yù)測方法進(jìn)行可用容量預(yù)測， 比如目前電力系統(tǒng)常用的回歸分析法、時間序列法、指數(shù)平滑法、灰色模型法、卡爾曼濾波法以及一些人工智能方法如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊預(yù)測等方法。

　　5 V2G系統(tǒng)的基本模型

　　V2G控制關(guān)系如圖2所示。

圖2 V2G控制方式

　　V2G系統(tǒng)的主要組成部分有： 電池管理系統(tǒng)（BMS）、充放電機(jī)、V2G 后臺管理系統(tǒng)和V2G 控制中心。其各個功能與控制關(guān)系如下：

　?。?） V2G控制中心根據(jù)負(fù)荷預(yù)測、V2G 預(yù)測和新能源發(fā)電預(yù)測， 制定V2G 的充放電計劃并發(fā)布到各V2G后臺管理系統(tǒng)； V2G控制中心根據(jù)電網(wǎng)的實時頻率、新能源發(fā)電實時功率， 形成實時調(diào)頻功率命令和平抑?jǐn)_動命令發(fā)送到各V 2G 后臺管理系統(tǒng)；

　?。?） BMS通過充放電機(jī)向V2G 后臺管理系統(tǒng)提供最大充放電電流、電池實時電量與電壓、電池充放電允許等信息；

　?。?） 用戶在充放電機(jī)上的人機(jī)界面輸入SOC下限與可用時間等信息， 發(fā)送到V2G 后臺管理系統(tǒng)；

　?。?） 在得到上述信息后， V2G 后臺管理系統(tǒng)根據(jù)充放電策略選擇充放電車輛和充放電功率，并控制充放電機(jī)執(zhí)行， 同時V2G 后臺管理系統(tǒng)監(jiān)控整個充放電站的信息并反饋到V2G 控制中心。

　　以上各種信息及命令傳送均通過通信網(wǎng)絡(luò)完成。

　　6 結(jié)語

　　雖然一輛電動汽車的電池功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足電網(wǎng)平抑峰谷， 但隨著電動汽車規(guī)模的發(fā)展， 電動汽車充放電技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展， 以及智能充電站技術(shù)及管理模式的發(fā)展， 電動汽車在實現(xiàn)清潔節(jié)能交通的同時， 會越來越多地體現(xiàn)對電網(wǎng)可靠優(yōu)質(zhì)供電的作用。

　　隨著國家新能源產(chǎn)業(yè)政策的相繼出臺， 電動汽車的發(fā)展規(guī)模越來越大， V2G 技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。