電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)從V2G到B2G的全新結(jié)合模式

隨著石油資源的枯竭以及可再生能源技術(shù)的迅猛發(fā)展，發(fā)展新能源汽車(chē)，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)是大勢(shì)所趨[1-2]。作為未來(lái)電網(wǎng)中比重龐大的負(fù)荷，同時(shí)又兼具大規(guī)模能量存儲(chǔ)能力的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池，在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的過(guò)程中，勢(shì)必要扮演一個(gè)舉足輕重的角色[3-5]。

　　電動(dòng)汽車(chē)及其動(dòng)力電池對(duì)于智能電網(wǎng)扮演著2種不同的角色，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)作為一項(xiàng)龐大的負(fù)荷，將可能占據(jù)整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷的極大比重，其運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)安全會(huì)產(chǎn)生重大影響;而另一方面，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池作為一種儲(chǔ)能裝置，其能量存儲(chǔ)的總量對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)又是一種保障和優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行的積極資源[6]。因此，如何讓電動(dòng)汽車(chē)及其動(dòng)力電池在這2 種角色之間平穩(wěn)自由的轉(zhuǎn)換，成為智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)相結(jié)合的關(guān)鍵問(wèn)題之一。具體體現(xiàn)為怎樣合理安排電動(dòng)汽車(chē)這種負(fù)荷以及怎樣優(yōu)化動(dòng)力電池這種儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)作為負(fù)荷時(shí)，可以通過(guò)技術(shù)手段和經(jīng)濟(jì)手段合理安排充電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)有序充電管理，達(dá)到移峰填谷的效果，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少對(duì)電網(wǎng)安全的影響;當(dāng)動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能裝置時(shí)，可以將其作為系統(tǒng)的備用容量，或者峰荷時(shí)向電網(wǎng)提供電量，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的安全可靠性。在這種背景下，V2G(vehicle to grid)的概念應(yīng)運(yùn)而生。顧名思義，V2G 是指與電網(wǎng)相連接的電動(dòng)汽車(chē)(Vehicle)作為一種分布式負(fù)荷和電源，可以向電網(wǎng)(Grid)釋放存儲(chǔ)在其動(dòng)力電池內(nèi)的電能，從而為優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行和安全提供積極支持[7]。在這一概念的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)術(shù)界進(jìn)行了大量以V2G 為基礎(chǔ)，對(duì)運(yùn)行模式、充放電技術(shù)以及與可再生能源發(fā)電相結(jié)合實(shí)現(xiàn)有序充電管理等問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究[7-13]。

　　然而，從V2G 命名本身強(qiáng)調(diào)車(chē)輛(Vehicle)來(lái)看，就可以發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)思維中，一直將車(chē)輛與電池作為一個(gè)整體來(lái)看待，將充放電的主體始終默認(rèn)為車(chē)輛。在這種思維方式下，人們將一些電動(dòng)汽車(chē)本身的屬性也默認(rèn)成了動(dòng)力電池的屬性。電動(dòng)汽車(chē)分屬于千百萬(wàn)不同的用戶(hù)，其具有明顯的移動(dòng)、分散以及相應(yīng)的與電網(wǎng)連接的時(shí)間和地點(diǎn)的不確定性。由于電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)權(quán)分屬于不同用戶(hù)，電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)及其充放電的操作權(quán)限也相應(yīng)的歸屬于不同用戶(hù)，造成了分布式?jīng)Q策的局面。同時(shí)，車(chē)輛作為人們?nèi)粘Ｉ畹墓ぞ?，其連接入電網(wǎng)的位置勢(shì)必廣泛分布于配電網(wǎng)，而其作為分布式電源向電網(wǎng)輸送電能必然造成配電網(wǎng)潮流的復(fù)雜變化，為配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)諸多不確定的沖擊和影響。將這些車(chē)輛的屬性等同看成電池的屬性，造成了V2G 實(shí)施中面臨的一系列困難和障礙，很多研究一直延續(xù)這種思維方式，試圖從這些束縛中尋找突破。

　　實(shí)際上，如果大膽的突破原有的思維模式，在電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池之間進(jìn)行解耦，就會(huì)發(fā)現(xiàn)那些對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的諸多束縛對(duì)于動(dòng)力電池其實(shí)并不存在。在擺脫這些束縛之后，通過(guò)建立大型集中儲(chǔ)能充電站，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池直接向電網(wǎng)輸送電能。因此，在V2G 的基礎(chǔ)上，可以擴(kuò)展出一種新的概念，將其命名為B2G(Battery to Grid)。B2G 揭示了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與電網(wǎng)交互的本質(zhì)，而去除了車(chē)輛屬性的束縛，擺脫V2G 概念的局限性。實(shí)際上，V2G是B2G 的一種特例或者存在形式，V2G 的本質(zhì)依然是電池與電網(wǎng)的能量交互，只是由于V2G 特殊的存在形式造成了諸多的束縛和問(wèn)題。作為對(duì)V2G 的擴(kuò)展和升級(jí)，除了V2G 之外，B2G 也可以包括集中充電的動(dòng)力電池與電網(wǎng)的能量交互。

　　本文將集中充電的動(dòng)力電池與電網(wǎng)的能量交互作為B2G 的重點(diǎn)進(jìn)行論述，無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)，文中所述B2G 均指這種運(yùn)行方式。本文以V2G 為基礎(chǔ)闡述其產(chǎn)生和特點(diǎn)，論述實(shí)現(xiàn)該B2G 在商業(yè)模式上、運(yùn)行管理上、技術(shù)條件上面臨的挑戰(zhàn)和可能的解決途徑。并以B2G 為基礎(chǔ)，展望在此基礎(chǔ)上智能電網(wǎng)未來(lái)可能的發(fā)展愿景。

　　1 電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池的解耦

　　電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池的解耦主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：資產(chǎn)關(guān)系解耦、時(shí)間解耦和地點(diǎn)解耦。通過(guò)資產(chǎn)關(guān)系解耦，首先解決對(duì)于動(dòng)力電池充放電的決策權(quán)問(wèn)題，而通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)與電池充放電在時(shí)間和地點(diǎn)上的解耦，解決電動(dòng)汽車(chē)本身移動(dòng)、分散的特點(diǎn)與電池充放電過(guò)程精確計(jì)劃與控制之間的矛盾。

　　1)資產(chǎn)關(guān)系解耦。與燃油汽車(chē)相似，用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)，并不愿意為了確保能夠獲得固定數(shù)量的燃油供應(yīng)而額外支付一筆保證費(fèi)用，因此對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，讓用戶(hù)為確保獲得電能供應(yīng)而單獨(dú)為電池付費(fèi)并不完全合理[14]。此外，電池的所有權(quán)也直接決定了對(duì)于電池的充放電操作的決策權(quán)，資產(chǎn)關(guān)系的解耦是其他解耦和技術(shù)路線(xiàn)的前提，只有專(zhuān)業(yè)的充換電運(yùn)營(yíng)公司掌握了電池的所有權(quán)，才能更好地避免汽車(chē)用戶(hù)的意愿對(duì)電池利用的限制和約束，同時(shí)大大降低決策的復(fù)雜程度和主體數(shù)量。

　　2)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)與電池充放電操作的地點(diǎn)解耦。由于動(dòng)力電池的充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法滿(mǎn)足人們快捷的動(dòng)力服務(wù)的需求，電池更換模式徹底打破了電動(dòng)汽車(chē)與電池一體化的思路，使電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)與動(dòng)力電池的充放電操作可以完全在不同的地點(diǎn)進(jìn)行。由于分屬于不同的所有者以及不確定的使用方式，電動(dòng)汽車(chē)接入配電網(wǎng)的地點(diǎn)也同時(shí)具有分散和不確定的特點(diǎn)。而通過(guò)換電模式實(shí)現(xiàn)地點(diǎn)解耦，使得動(dòng)力電池的充放電有可能擺脫對(duì)配電網(wǎng)的依賴(lài)和沖擊，避免分散和隨機(jī)而采用集中的方式，以避免諸多不確定性因素的影響。

　　3)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)與電池充放電操作的時(shí)間解耦。電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)充電模式下，動(dòng)力電池連接入電網(wǎng)充放電的時(shí)間與電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行行駛的時(shí)間難免會(huì)形成矛盾，而電網(wǎng)由于自身運(yùn)行安全和成本效益的考慮，對(duì)動(dòng)力電池充放電的時(shí)間又具有特殊的要求。因此在V2G 中，很多技術(shù)和方法都是針對(duì)這種矛盾來(lái)尋求2 者在時(shí)間上的平衡，但這種平衡畢竟是在約束下的有限度的平衡。因此，換電模式將電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)與電池充放電操作進(jìn)行了時(shí)間解耦，對(duì)于電網(wǎng)而言，解決了其利用動(dòng)力電池優(yōu)化運(yùn)行和安全的最大障礙。

　　圖1 中，將資產(chǎn)關(guān)系、時(shí)間以及地點(diǎn)3 種屬性用三維空間的方式來(lái)表示電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池的解耦關(guān)系。在整車(chē)充電的模式中，電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池的這3 種屬性基本相同，而解耦之后2 者可以完全具有不同的空間屬性。

　　由以上分析可以看到，從V2G 到B2G 的發(fā)展，對(duì)應(yīng)了從整車(chē)充電到更換電池模式的轉(zhuǎn)變，人們逐漸地意識(shí)到電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池的資產(chǎn)關(guān)系并非先天的不可分割，而動(dòng)力服務(wù)與電池的充放電操作的時(shí)間和地點(diǎn)也并非必然一致。而V2G 在資產(chǎn)關(guān)系、時(shí)間和地點(diǎn)上將電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池僵化看待為一體，也因此造成了其實(shí)踐中所要面對(duì)的諸多困難。例如，由于資產(chǎn)關(guān)系的約束，V2G 要面對(duì)決策變量和決策主體數(shù)量維數(shù)爆炸的困擾，對(duì)于用戶(hù)參與和資源統(tǒng)計(jì)以及控制的態(tài)度不確定性的影響;由于地點(diǎn)的約束，各充放電地點(diǎn)廣泛分散在配電網(wǎng)，且由于接入地點(diǎn)的隨機(jī)性，造成了對(duì)配電網(wǎng)諧波和潮流等不確定性的沖擊和影響;由于時(shí)間的約束，電網(wǎng)對(duì)于電池充放電時(shí)間的要求因?yàn)橛脩?hù)行駛需求和意愿的約束變得難以實(shí)現(xiàn)和平衡，且為實(shí)現(xiàn)這種溝通和平衡，其所消耗的資源和成本也會(huì)非常龐大。然而，通過(guò)3 種關(guān)系的解耦，在B2G 的模式下，這些問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。

　　2 實(shí)現(xiàn)B2G 的基本要素

　　2.1 商業(yè)模式實(shí)現(xiàn)B2G的3 種基本解耦都與電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)的商業(yè)模式息息相關(guān)。為實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)關(guān)系的解耦，動(dòng)力電池不再作為汽車(chē)用戶(hù)的私有財(cái)產(chǎn)，而僅僅是提供動(dòng)力服務(wù)的工具，則必須由一個(gè)具有足夠規(guī)模和實(shí)力的運(yùn)營(yíng)實(shí)體來(lái)承擔(dān)購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)大量動(dòng)力電池的成本。此外，由于電動(dòng)汽車(chē)需要一個(gè)逐步發(fā)展和普及的過(guò)程，而動(dòng)力服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括動(dòng)力電池的采購(gòu)和供應(yīng)，要適度超前于電動(dòng)汽車(chē)的普及和使用，因此成本的回收和經(jīng)濟(jì)效益的顯現(xiàn)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。所以建立這樣一個(gè)運(yùn)營(yíng)實(shí)體需要由具備強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)實(shí)力而同時(shí)又擔(dān)負(fù)巨大社會(huì)責(zé)任的企業(yè)實(shí)體來(lái)承擔(dān)。

　　此外，為了實(shí)現(xiàn)有序集中充放電，電網(wǎng)調(diào)度需要具有直接調(diào)度電池集中充放電的能力，而電池的資產(chǎn)關(guān)系與其決策權(quán)緊密相關(guān)，只有在電網(wǎng)公司具有對(duì)電池資產(chǎn)管轄權(quán)的情況下(無(wú)論是直接的或是間接的)，才有可能使電網(wǎng)具有全面調(diào)度電池充放電，并將其作為優(yōu)化智能電網(wǎng)運(yùn)行資源的完整權(quán)限。因此，由電網(wǎng)公司來(lái)組織負(fù)責(zé)專(zhuān)業(yè)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)服務(wù)公司的組建，并將其作為自身業(yè)務(wù)的延續(xù)，才能完全發(fā)揮B2G 技術(shù)的作用。

　　進(jìn)一步的，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)與動(dòng)力電池的充放電操作在地點(diǎn)和時(shí)間上的解耦，實(shí)際上意味著整個(gè)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，整個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)需要分別承擔(dān)不同的功能，而電池作為系統(tǒng)共有資源在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)和調(diào)配。網(wǎng)絡(luò)化的充換電服務(wù)體系在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展了實(shí)踐和應(yīng)用[14]，打破點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的服務(wù)方式，利用網(wǎng)絡(luò)化的連接和協(xié)調(diào)能力，利用網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部分工和整體結(jié)合，突破各站單一獨(dú)立服務(wù)模式下現(xiàn)有電池技術(shù)對(duì)動(dòng)力服務(wù)能力的制約。而在此基礎(chǔ)上發(fā)展B2G 技術(shù)，也可以解決充換電網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)之間在資源利用上的沖突。通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立完全覆蓋電動(dòng)汽車(chē)、動(dòng)力電池以及充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的完整信息網(wǎng)絡(luò)，將電動(dòng)汽車(chē)充換電服務(wù)與智能電網(wǎng)運(yùn)行完美的結(jié)合起來(lái)。圖2 是一種3 層物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，由車(chē)聯(lián)網(wǎng)、電池物聯(lián)網(wǎng)以及充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，而充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)從廣義上講也是智能電網(wǎng)的一部分。各層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體之間通過(guò)運(yùn)行服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，例如電動(dòng)汽車(chē)與電池之間在發(fā)生動(dòng)力服務(wù)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，當(dāng)電池被更換后這種關(guān)聯(lián)結(jié)束;電池與充換電設(shè)施在充換電運(yùn)行時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，當(dāng)充放電結(jié)束后這種關(guān)聯(lián)結(jié)束。

　　2.2 大型集中儲(chǔ)能充電站的關(guān)鍵技術(shù)

　　1)選址。大型集中儲(chǔ)能充電站可以根據(jù)其功能定位和具體條件進(jìn)行選址。一般可借助于35.kV以上的變電站進(jìn)行建設(shè)，可以解決場(chǎng)地和容量的限制。如果希望與可再生能源發(fā)電配合運(yùn)行，例如風(fēng)電，也可在條件允許時(shí)選擇與風(fēng)電場(chǎng)一起合理規(guī)劃布局，使該電站同時(shí)肩負(fù)充電以及通過(guò)儲(chǔ)能改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的雙重功能，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置資源。

　　2)大功率充放電裝置。與一般的綜合性換電站不同，大型集中儲(chǔ)能充電站的充放電規(guī)模和容量都要更加龐大，這就需要研發(fā)和建設(shè)大功率的充放電裝置和網(wǎng)絡(luò)。此外，與V2G 向配電網(wǎng)放電不同，大型集中儲(chǔ)能充電站依托于高壓變電站，其放電地點(diǎn)可能位于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。因此，與V2G 以每一臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)為基本控制單元不同，B2G 的放電基本控制單位可能需要具有相當(dāng)大的容量和規(guī)模才能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，這也需要集中充電站在建設(shè)和管理方式上與其相適應(yīng)。

　　3)諧波治理。諧波是電動(dòng)汽車(chē)充放電的固有產(chǎn)物，也引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和研究。但是，在集中充電站，諧波的規(guī)模和幅度可能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出在配電網(wǎng)進(jìn)行的整車(chē)充放電。然而，同時(shí)這也為諧波的集中治理提供了契機(jī)，避免了諧波在配電網(wǎng)中的分散和傳播。目前高壓直流輸電中成熟的大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)以及諧波治理技術(shù)，都可以為建設(shè)集中儲(chǔ)能充電站的大功率充放電裝置和諧波治理提供技術(shù)支持。

　　4)電池?cái)?shù)量以及容量配置。在建設(shè)大型集中儲(chǔ)能充電站中，如何規(guī)劃電池的數(shù)量以及充電設(shè)施的容量也是重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。如果系統(tǒng)不僅擔(dān)負(fù)著電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)，而且還擔(dān)負(fù)著為電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行以及提供儲(chǔ)能服務(wù)的職責(zé)，則其電池的數(shù)量和充放電設(shè)施容量，在滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)需求的基礎(chǔ)上，還需要具有一定的冗余。一方面，集中充電站為了實(shí)現(xiàn)削峰填谷只能選擇有限的時(shí)段進(jìn)行充電;另一方面電池作為儲(chǔ)能裝置不能完全投入電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力服務(wù)，所以合理的配置電池資源和容量顯得尤為重要。

　　2.3 一體化綜合調(diào)度決策

　　通過(guò)由電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃調(diào)度大型集中儲(chǔ)能充電站的電池充放電，是實(shí)現(xiàn)基于B2G 的有序充放電管理的明顯特征，也是其克服V2G 分散、難以計(jì)劃以及難以控制的核心方法。但是要實(shí)現(xiàn)電池集中充放電的調(diào)度，勢(shì)必要保證電池資源能夠按照調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行配置，且不影響充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。而這種配置要依靠電池配送調(diào)度來(lái)實(shí)施和保障。電池的配送要依靠配送車(chē)輛來(lái)實(shí)施，而如何組織和調(diào)度配送車(chē)輛既涉及到配送調(diào)度能否實(shí)施，也涉及到調(diào)度的成本。

　　通俗地講，電池集中充放電的運(yùn)行調(diào)度要解決在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)為多少電池充入多少電量，或利用多少電池釋放多少電量。而電池的配送調(diào)度則要保證在運(yùn)行調(diào)度所指定的時(shí)間地點(diǎn)，有充足的電池資源以供電網(wǎng)調(diào)度實(shí)施其運(yùn)行規(guī)劃，而同時(shí)在充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)服務(wù)站點(diǎn)都具有足夠的電池資源以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力服務(wù)的需要。為了保障電池調(diào)度規(guī)劃的實(shí)行，配送車(chē)輛調(diào)度既要滿(mǎn)足電池配送調(diào)度計(jì)劃的順利執(zhí)行，又要優(yōu)化配送調(diào)度的成本。因此這3 種調(diào)度并非彼此孤立，而是環(huán)環(huán)相扣的。正是這3 種調(diào)度的一體化設(shè)計(jì)和執(zhí)行，才能夠使電動(dòng)汽車(chē)的充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)緊密地結(jié)合在一起，彼此形成良性互動(dòng)，而非彼此制約和負(fù)擔(dān)。

　　如圖3 所示，3 種調(diào)度之間的關(guān)系可以用3 層模型來(lái)表示，車(chē)輛調(diào)度處于最底層，為電池配送調(diào)度提供運(yùn)力支撐，電池配送調(diào)度為集中充放電運(yùn)行提供電池資源支撐，而集中充放電運(yùn)行調(diào)度可以理解為未來(lái)智能電網(wǎng)調(diào)度的一部分。整個(gè)調(diào)度體系在調(diào)度規(guī)劃階段需要綜合決策，不能彼此在決策流程和次序上完全分離，應(yīng)根據(jù)動(dòng)力服務(wù)需求、電網(wǎng)運(yùn)行效益以及配送成本的優(yōu)化進(jìn)行一體化的協(xié)調(diào)和決策。

　　3 基于B2G 的有序充放電管理

　　有序充電這一概念本身是站在電網(wǎng)的角度來(lái)審視電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的大規(guī)模充電問(wèn)題，而對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)及其用戶(hù)而言，并不存在“有序”或“無(wú)序”的區(qū)別。如果動(dòng)力電池的充電負(fù)荷按照電網(wǎng)調(diào)度的期望實(shí)現(xiàn)有序管理，達(dá)到可預(yù)測(cè)、可調(diào)度和可控制，不僅可以大大減少投入，甚至還可以?xún)?yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行效率。此外，動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能裝置在必要時(shí)向電網(wǎng)提供電能支撐，還可以進(jìn)一步優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行效率以及安全保障。但是在整車(chē)充電和V2G模式之下，因?yàn)殡姵氐乃袡?quán)和充電的決策權(quán)在用戶(hù)手中，用戶(hù)基于其自身的未來(lái)行駛需求各自分散進(jìn)行充電決策，預(yù)測(cè)這種充電負(fù)荷時(shí)間和地點(diǎn)的分布勢(shì)必會(huì)面臨巨大的不確定性。而要引導(dǎo)用戶(hù)按照電網(wǎng)運(yùn)行所期望的方式(時(shí)間、地點(diǎn))進(jìn)行充電，需要借助一系列的政策和服務(wù)作為手段，借助于需求側(cè)管理的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于充電負(fù)荷的調(diào)度，但這種調(diào)度無(wú)論是在精度還是有效性上都難以獲得保障。在引入V2G 之后，要實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模分散的電動(dòng)汽車(chē)及其動(dòng)力電池進(jìn)行精確放電控制，所需要的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和技術(shù)的難度與成本都將是巨大的。

　　然而，基于電池更換和B2G 的模式，由于電池被集中充電，其充電的容量和時(shí)間等因素完全由調(diào)度直接指定，其作為充電負(fù)荷或放電電源的容量對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度而言是完全明確的，其預(yù)測(cè)的精度將是其他傳統(tǒng)負(fù)荷無(wú)法比擬的。而電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)服務(wù)公司作為電力公司的下屬企業(yè)，電網(wǎng)調(diào)度可以擁有對(duì)于所有電池運(yùn)行的直接調(diào)度和管理權(quán)限，這種調(diào)度不需要其他任何附加的管理和技術(shù)成本，而且高效可靠。此外，要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度對(duì)于電池充放電的直接控制，在集中充電的模式下，可以集中建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，其控制的成本和控制算法的復(fù)雜性都要遠(yuǎn)低于V2G 模式。具體的，在B2G 模式下的有序充放電管理，要特別關(guān)注以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

　　1)負(fù)荷預(yù)測(cè)。與以往研究相比[15]，集中充電的動(dòng)力電池是一種特殊的負(fù)荷。對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度而言，不僅其規(guī)模和容量可以精確預(yù)測(cè)，其充電的時(shí)間地點(diǎn)在相當(dāng)程度上也可進(jìn)行決策和調(diào)度。運(yùn)營(yíng)服務(wù)公司根據(jù)預(yù)測(cè)的未來(lái)周期內(nèi)動(dòng)力服務(wù)所需要的動(dòng)力電池總量，結(jié)合系統(tǒng)電池配置的數(shù)量和冗余情況，制定未來(lái)周期內(nèi)的動(dòng)力電池充電的總量規(guī)劃并上報(bào)電網(wǎng)。這些動(dòng)力電池充電負(fù)荷作為未來(lái)負(fù)荷預(yù)測(cè)的一部分供電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行調(diào)度規(guī)劃使用，但是電網(wǎng)調(diào)度在滿(mǎn)足時(shí)間和總量的前提之下，可以制定和調(diào)整這些動(dòng)力電池充電的時(shí)間和地點(diǎn)，具體可以將這些負(fù)荷看作出力為負(fù)數(shù)的機(jī)組來(lái)參與調(diào)度。

　　2)機(jī)組組合。在考慮電池作為電源可向電網(wǎng)放電的模式之下，電網(wǎng)調(diào)度在制定機(jī)組組合計(jì)劃時(shí)將不得不將其納入規(guī)劃體系之內(nèi)。但是在V2G 模式之下，由于各電動(dòng)汽車(chē)的分散和自主決策，如果將每一臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)都作為獨(dú)立電源，那么機(jī)組組合問(wèn)題的變量維度將空前龐大，從而使問(wèn)題難以求解[16]。在B2G 模式之下，集中充電站可以被看作一座發(fā)電廠，根據(jù)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和最小控制規(guī)模與范圍，將所有電池看作有限數(shù)量的機(jī)組，可以在傳統(tǒng)的機(jī)組組合算法的支撐下便捷地完成新的機(jī)組組合計(jì)劃。

　　3)潮流分析。動(dòng)力電池?zé)o論是作為充電負(fù)荷還是放電電源，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流產(chǎn)生巨大的沖擊。在整車(chē)充電和V2G 模式下，大規(guī)模的充放電將帶來(lái)配電網(wǎng)潮流的復(fù)雜變化。而同時(shí)由于電動(dòng)汽車(chē)充放電的分散決策，其接入電網(wǎng)的時(shí)間地點(diǎn)的不確定性，會(huì)造成配電網(wǎng)潮流變化分析和應(yīng)對(duì)的一系列困難。因此，在這種模式下，配電網(wǎng)為適應(yīng)未來(lái)潮流的沖擊所需要的改造和建設(shè)壓力將是巨大的。但是在B2G 的模式之下，一座電池集中充電站可以依托于大容量的變電站建設(shè)，其并網(wǎng)點(diǎn)明確，而相應(yīng)的充放電操作對(duì)于電網(wǎng)潮流的影響完全可以通過(guò)傳統(tǒng)的潮流計(jì)算和分析方法進(jìn)行，不僅降低技術(shù)難度，也可以節(jié)約配電網(wǎng)建設(shè)和改造的成本。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　智能電網(wǎng)的建設(shè)正在蓬勃興起和發(fā)展，而與此同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模推廣和運(yùn)行與其不期而遇。如何將電動(dòng)汽車(chē)的服務(wù)和運(yùn)營(yíng)與智能電網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行完美地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)其一體化的無(wú)縫連接，是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如何回避V2G 固有的障礙又完美的發(fā)揮動(dòng)力電池對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，成為電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的關(guān)鍵所在。本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)與動(dòng)力電池進(jìn)行資產(chǎn)、時(shí)間和地點(diǎn)幾個(gè)方面的解耦之后，建立網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)系統(tǒng)并與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行相結(jié)合，通過(guò)電池向電網(wǎng)集中供電的B2G 模式應(yīng)運(yùn)而生。B2G 在諸多方面相對(duì)于V2G具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，而其所依賴(lài)的諸多調(diào)度和運(yùn)行的基礎(chǔ)技術(shù)恰恰是傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在，而相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)又恰恰可以通過(guò)集中式的建設(shè)和管理來(lái)解決，尤其適用于我國(guó)國(guó)情。B2G 可以克服V2G 固有的用戶(hù)大范圍分散決策與電網(wǎng)調(diào)度集中決策的矛盾;B2G 可以回避V2G 造成的充放電時(shí)間地點(diǎn)的不確定性;B2G 可以最大限度地保留電網(wǎng)對(duì)于負(fù)荷和電源的集中式傳統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度模式;B2G 也更加適用于國(guó)家電網(wǎng)正在開(kāi)展的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)模式。因此B2G 將會(huì)成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)技術(shù)相融合的一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。