動(dòng)力電池參與電網(wǎng)調(diào)峰的研究

1 概述

　　隨著電動(dòng)汽車(chē)的推廣應(yīng)用和充電站的建設(shè)，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和充電站的認(rèn)識(shí)已經(jīng)不僅僅局限在代步工具和“加油站”上， 而是希望開(kāi)拓更廣泛的應(yīng)用。雖然目前國(guó)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(dòng)汽車(chē)供給能源的單一功能，但美國(guó)、德國(guó)等國(guó)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(dòng)車(chē)輛作為移動(dòng)儲(chǔ)能單元在受控狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的能量與信息的雙向交換，電動(dòng)汽車(chē)(充電站)不但從電網(wǎng)獲得能量， 而且實(shí)現(xiàn)在必要時(shí)電動(dòng)汽車(chē)(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(dòng)儲(chǔ)能單元的電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池移動(dòng)儲(chǔ)能應(yīng)用還可進(jìn)一步降低電力系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)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(xiàn)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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池移動(dòng)儲(chǔ)能最大的優(yōu)勢(shì)是， 當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時(shí)， 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池移動(dòng)儲(chǔ)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(shì)與可行性

　　總體來(lái)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(duì)于應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的調(diào)峰問(wèn)題具有極其重大的意義。

　　2. 1 V2G技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

　　(1) 調(diào)整容量可以保證。1 日24 h 當(dāng)中90%的電動(dòng)車(chē)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(chē)輛是停著的， 而且對(duì)于私家電動(dòng)車(chē)絕大多數(shù)時(shí)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(dòng)車(chē)充放電可達(dá)到ms級(jí)， 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(shí)間最快也在s級(jí)左右。

　　(3) 響應(yīng)功率儲(chǔ)備裕度小。傳統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻對(duì)AGC信號(hào)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(chǔ)備裕度， 而V2G 對(duì)調(diào)峰、調(diào)頻命令響應(yīng)快速準(zhǔn)確， 可以減少功率儲(chǔ)備裕度。

　　(4) 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。

　　(5) 具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。電動(dòng)汽車(chē)可充分利用電網(wǎng)谷電， 并在電網(wǎng)處于高峰時(shí)提供服務(wù)。

　　2. 2 V2G技術(shù)應(yīng)用的可行性

　　電動(dòng)汽車(chē)/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(dòng)汽車(chē)放電狀態(tài)) , 也可以從電網(wǎng)吸收功率(即電動(dòng)汽車(chē)充電狀態(tài)) ; 其次， 電動(dòng)汽車(chē)/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(guò)充電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給電動(dòng)車(chē)， 電動(dòng)汽車(chē)的響應(yīng)被監(jiān)測(cè)、記錄并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)反饋給充電站(后臺(tái)管理系統(tǒng))。如電動(dòng)汽車(chē)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(guò)無(wú)線(xiàn)通信直接發(fā)送給電動(dòng)汽車(chē)， 電動(dòng)汽車(chē)的響應(yīng)可以被監(jiān)測(cè)并記錄(各電動(dòng)汽車(chē)響應(yīng)結(jié)果也應(yīng)該通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信反饋給充電站后臺(tái)管理系統(tǒng))。因此， 電動(dòng)汽車(chē)可以按照電網(wǎng)要求實(shí)現(xiàn)有組織、有計(jì)劃的調(diào)峰。

　　3 實(shí)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(jì)信息， 通過(guò)相關(guān)策略制定V2G 充放電計(jì)劃下發(fā)給各充電站; 各充放電站接到計(jì)劃后， 通過(guò)相關(guān)策略及算法合理選擇車(chē)輛， 分配充放電功率， 保證充放電計(jì)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(shí)間的預(yù)測(cè)

　　從電網(wǎng)安全的角度來(lái)看， V2G 作為具有用戶(hù)參與性的分布式發(fā)電單元大量接入系統(tǒng)必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)一定的影響， 因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)V2G在調(diào)度過(guò)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(wèn)題之一。正是由于V2G 具有與用戶(hù)能量雙向交互的互動(dòng)性， 因此其可用容量的預(yù)測(cè)問(wèn)題也比傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)更為復(fù)雜。從技術(shù)來(lái)分析， V2G儲(chǔ)能可用容量的獲得可以通過(guò)以下兩種方式。

　　(1) 采用用戶(hù)設(shè)置的方式

　　指用戶(hù)在一個(gè)周末設(shè)置好下一周車(chē)輛參與V2G的計(jì)劃。V2G 運(yùn)營(yíng)商和后臺(tái)管理中心以此為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)下一周的V2G可用容量， 在實(shí)際的充放電執(zhí)行中優(yōu)先執(zhí)行計(jì)劃部分。該模式與電力市場(chǎng)中合同市場(chǎng)與實(shí)時(shí)市場(chǎng)的模式類(lèi)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(cè)的方式

　　V2G的容量受到天氣、節(jié)假日、價(jià)格、溫度、季節(jié)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況與電動(dòng)汽車(chē)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(chē)輛相對(duì)較少， 因此， 可以采用高峰時(shí)段放電的模型進(jìn)行。隨著技術(shù)和市場(chǎng)的成熟， 參與的車(chē)輛逐步增多， 而V2G 的歷史數(shù)據(jù)也會(huì)逐漸積累， 從而可以采取各種預(yù)測(cè)方法進(jìn)行可用容量預(yù)測(cè)， 比如目前電力系統(tǒng)常用的回歸分析法、時(shí)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(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊預(yù)測(cè)等方法。