南京能瑞電力科技有限公司 余 靜

近年來(lái)，電動(dòng)汽車及其配套充電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市環(huán)境提升的作用已有所體現(xiàn)。本文研究電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)及分布式能源融合關(guān)鍵技術(shù)，保證相互間高效靈活互動(dòng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性。

1 電動(dòng)汽車的運(yùn)行特性

1.1 電動(dòng)汽車的充放電特性

電動(dòng)汽車(Electric Vehicle,EV)大致可分為商用車和家用乘用車，由于商用車的行駛特性和停放場(chǎng)所較為固定，本文主要考慮隨機(jī)性較大的家用乘用車。電動(dòng)汽車入網(wǎng)后，電網(wǎng)企業(yè)可選擇對(duì)入網(wǎng)的電動(dòng)汽車的充電行為不控制或采取某種控制策略，即電動(dòng)汽車的無(wú)序充電和有序充電。EV充電負(fù)荷的計(jì)算時(shí)間間隔可以取15min，與風(fēng)電出力的時(shí)間間隔一致，即將全天分成96個(gè)時(shí)段，電動(dòng)汽車可通過(guò)EV集中控制器與電網(wǎng)交互。

無(wú)序充電是指對(duì)電動(dòng)汽車的充電行為不控制，電動(dòng)汽車在最后一次出行結(jié)束后即開(kāi)始充電。可以根據(jù)電動(dòng)汽車日行駛里程得到電動(dòng)汽車充電前的電池荷電狀態(tài)，再通過(guò)充電功率求得充電時(shí)長(zhǎng)，采用概率平均的思想求出各時(shí)刻EV充電負(fù)荷需求的期望值和方差，本文利用該方法建立單臺(tái)電動(dòng)汽車在無(wú)序充電時(shí)的充電負(fù)荷需求模型。當(dāng)電網(wǎng)中接入N臺(tái)電動(dòng)汽車時(shí)，可以求出各時(shí)刻充電負(fù)荷期望值和方差，則可以得到各時(shí)刻電動(dòng)汽車充電負(fù)荷需求的概率密度函數(shù)。一般當(dāng)電動(dòng)汽車并網(wǎng)的數(shù)量較多時(shí)，需要對(duì)電動(dòng)汽車采用有序充放電技術(shù)。

1.2 電動(dòng)汽車并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

電動(dòng)汽車并網(wǎng)后，其隨機(jī)性較大的充放電特性，對(duì)于電網(wǎng)的調(diào)度具有一定的挑戰(zhàn)。由于系統(tǒng)要保持穩(wěn)定運(yùn)行，首先需要做到功率實(shí)時(shí)平衡[1]，當(dāng)大規(guī)模的電動(dòng)汽車同時(shí)進(jìn)行充電時(shí)，必然增加了系統(tǒng)的負(fù)荷需求，如果無(wú)規(guī)律充電將進(jìn)一步加大電網(wǎng)峰谷差，甚至超過(guò)電網(wǎng)的承載能力，影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。因此有必要實(shí)施有序充電控制策略，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2 電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)及分布式能源的融合

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)。智能電網(wǎng)可以把最新的信息化、通信、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和原有的輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度結(jié)合，形成一個(gè)新型能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的智能化。智能化的能源系統(tǒng)可提高能源效率，減少對(duì)環(huán)境的影響，提高供電的安全性和可靠性，減少輸電網(wǎng)的電能損耗。智能化的電網(wǎng)是對(duì)電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的一種愿景，應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從發(fā)電到用電所有環(huán)節(jié)信息的雙向交流，系統(tǒng)地優(yōu)化電力的生產(chǎn)、輸送和使用?？梢?jiàn)，未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)在智能電網(wǎng)中將具有廣闊的應(yīng)用空間，智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展也需要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)提供技術(shù)支持。

電動(dòng)汽車與分布式能源的互動(dòng)。電動(dòng)汽車和分布式電源在運(yùn)行特性方面都具有較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，如電動(dòng)汽車和分布式能源能夠做到合理有效互動(dòng)，則能降低電動(dòng)汽車和分布式能源并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)造成的影響。如在分布式能源出力較大時(shí)引導(dǎo)電動(dòng)汽車進(jìn)行合理有序充電，則有利于分布式能源的消納，同時(shí)也可以降低電動(dòng)汽車充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響[2]。當(dāng)分布式能源出力較小時(shí)可以通過(guò)政策激勵(lì)措施引導(dǎo)電動(dòng)汽車進(jìn)行放電，從而補(bǔ)充分布式能源出力不足的部分，從而達(dá)到平滑系統(tǒng)的總負(fù)荷曲線的目的，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行。

多能協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。可利用多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)優(yōu)化能源系統(tǒng)的運(yùn)行。在智能電網(wǎng)中包括了多能能源形式，各種不同的能源形式在運(yùn)行特性上有所差異，可以利用不同能源形式之間的互補(bǔ)特性，如分布式能源中的風(fēng)電和光伏的出力互補(bǔ)特性，提高智能電網(wǎng)運(yùn)行的靈活程度，也有利于系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 能源融合的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 功率平衡及多能互補(bǔ)技術(shù)

地區(qū)電網(wǎng)一般有水電、光伏、風(fēng)電、電動(dòng)汽車充電樁、余熱電站、垃圾電廠等多種類型的能源業(yè)務(wù)，具備利用多能互補(bǔ)技術(shù)以提高能源系統(tǒng)效率的條件，以提高系統(tǒng)保持功率實(shí)時(shí)平衡的能力。風(fēng)電在不同的地區(qū)出力特性有所不同，但大部分地區(qū)都是夜間風(fēng)電大發(fā)、白天出力較小，與光伏出力相反，兩者之間存在互補(bǔ)性。此外電動(dòng)汽車是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，目前在沿海地區(qū)和高速路口處已有大量充電樁投入使用，合理引導(dǎo)電動(dòng)汽車有序充電，也有利電網(wǎng)的運(yùn)行[3]。充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制。結(jié)合智慧能源的特點(diǎn)和實(shí)際情況，以需求側(cè)響應(yīng)為切入點(diǎn)，在區(qū)域內(nèi)引入能源管控一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的綜合利用和統(tǒng)一管理。

3.2 源網(wǎng)荷互動(dòng)技術(shù)

在智能電網(wǎng)中應(yīng)保持源網(wǎng)荷之間的高效靈活互動(dòng)，提高智能電網(wǎng)對(duì)分布式能源、電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)、儲(chǔ)能等智能化業(yè)務(wù)的承載能力。源網(wǎng)荷之間要實(shí)現(xiàn)靈活高效互動(dòng)需借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等，構(gòu)建靈活的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)的中源網(wǎng)荷等業(yè)務(wù)信息，從而更好地對(duì)智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，達(dá)到電動(dòng)汽車和分布式能源融合運(yùn)行的目的。

3.3 電動(dòng)汽車有序充放電技術(shù)

為降低電動(dòng)汽車并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)造成的影響，基于用戶用車習(xí)慣、電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)以及電網(wǎng)負(fù)荷，研究有序充電控制策略。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將孤立充電設(shè)備與充電云平臺(tái)互聯(lián)，通過(guò)有序充電單元進(jìn)行有序充電策略的生成和下發(fā)，在電力處于“谷”時(shí)充電，在電力處于“峰”時(shí)放電，使得電動(dòng)汽車合理有序充放電，“削峰填谷”，有效降低電網(wǎng)的峰值負(fù)荷，保障與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。

3.4 提升分布式電源就地消納技術(shù)

為了提升分布式電源就地消納能力，可在配電系統(tǒng)中從兩個(gè)方面加強(qiáng)配電網(wǎng)的建設(shè)：一是在市縣范圍內(nèi)實(shí)施配電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障自動(dòng)隔離和自動(dòng)恢復(fù)，提高配電網(wǎng)的供電可靠性。配電自動(dòng)化系統(tǒng)遵循分層、分布式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，即在系統(tǒng)層次上分為調(diào)度主站層、變配電站子站層、配電終端設(shè)備層。每一層均優(yōu)先采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，配電環(huán)網(wǎng)的饋線自動(dòng)化功能可采用智能分布式與集中式兩種方式進(jìn)行，優(yōu)先采用智能分布式體系結(jié)構(gòu)，各層次系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備相應(yīng)擴(kuò)展能力。

二是構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，不僅具備主動(dòng)控制的功能還具備主動(dòng)服務(wù)的功能。主動(dòng)配電網(wǎng)支持負(fù)荷連續(xù)轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高供電可靠性、配送能力和設(shè)備利用率。主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)具備停電范圍分析、停電損失負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、停電信息管理、結(jié)合環(huán)分析、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等功能。在配電網(wǎng)III區(qū)中，通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成技術(shù)，構(gòu)建配網(wǎng)III區(qū)數(shù)據(jù)中心，并建立多維度的配電網(wǎng)運(yùn)行KPI指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)匯總和指標(biāo)分析，建立系統(tǒng)整體評(píng)估的預(yù)警機(jī)制。同時(shí)進(jìn)一步完善配電系統(tǒng)自愈控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、緊急控制、運(yùn)行優(yōu)化和在線仿真決策。通過(guò)建設(shè)主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，能明顯提高分布式電源的就地消納能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步推進(jìn)，需要采用大量的先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的智能化和信息化控制。未來(lái)在電網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，信息技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，以提高電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車、分布式電源的承載能力，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。