電動汽車作為主動負(fù)荷參與需求響應(yīng)的研究

于 娜，劉甲利，孫 莉，張鵬宇

(1.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2.吉林省電力有限公司，吉林 長春 130000；3.吉林省電機(jī)工程學(xué)會，吉林 長春 130000)

電動汽車作為主動負(fù)荷參與需求響應(yīng)的研究

于 娜1，劉甲利1，孫 莉2，張鵬宇3

(1.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2.吉林省電力有限公司，吉林 長春 130000；3.吉林省電機(jī)工程學(xué)會，吉林 長春 130000)

隨著我國電動汽車(Electric Vehicle，EV)數(shù)量的不斷增加，電動汽車參與需求響應(yīng)(Demand Response，DR)的研究備受關(guān)注。在闡述電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和需求響應(yīng)基本概念的基礎(chǔ)上，分析了電動汽車參與需求響應(yīng)的基本條件和途徑，結(jié)合已有的研究成果探討了電動汽車通過參與需求響應(yīng)，如分時電價(Time-of-Use，TOU)、實時電價(Real Time Pricing，RTP)實現(xiàn)輔助電網(wǎng)調(diào)頻和協(xié)助間歇性新能源入網(wǎng)等功能，并深入分析了集群電動汽車與常規(guī)機(jī)組組合(Unit Commitment，UC)優(yōu)化的可能性。最后，對電動汽車參與需求響應(yīng)的策略及方法進(jìn)行較為全面的總結(jié)，并指出該研究領(lǐng)域可能的前瞻性研究問題。

電動汽車；需求響應(yīng)；電力系統(tǒng)；新能源

溫室效應(yīng)、能源危機(jī)等全球性問題的日益嚴(yán)重，推動了電動汽車行業(yè)的發(fā)展。目前電動汽車主要分為三類[1]：純電動汽車(Plug-in Electric Vehicle，PEV)、混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)和燃料電池電動汽車(Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV)，混合動力汽車又逐漸發(fā)展成插電式混合動力汽車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)。插電式混合動力汽車有兩種動力源，實用性強(qiáng)，是電動汽車發(fā)展的過渡期車型，受續(xù)航里程的限制，純電動汽車目前的普及規(guī)模較小，但它是電動汽車的最終發(fā)展方向。目前研究中參與需求響應(yīng)的車型主要是純電動汽車和插電式混合動力汽車[2-4]。

需求響應(yīng)是需求側(cè)管理(Demand Side Management，DSM)的重要內(nèi)容，智能電網(wǎng)的發(fā)展為需求響應(yīng)的實施提供了有利條件。需求響應(yīng)主要內(nèi)容包括[5-6]：(1)基于電價的項目，即分時電價(TOU)，實時價格(RTP)，尖峰價格項目(Critical Peak Pricing，CPP)；(2)基于激勵補(bǔ)償?shù)捻椖?，包括直接控制?fù)荷(Direct Load Control，DLC)、緊急需求響應(yīng)項目(Emergency Demand Response Program，EDRP)、市場容量項目(Capacity Market Program，CAP)、可中斷/可削減服務(wù)(Interruptible/Curtailable Service，I/C)、需求側(cè)競價(Demand Bidding，DB)和輔助服務(wù)項目(Ancillary Service，A/S)。某類參與需求響應(yīng)的負(fù)荷可以在某些時段完全與電網(wǎng)脫離，甚至向電網(wǎng)供電，這類負(fù)荷稱為主動負(fù)荷[7]。主動負(fù)荷強(qiáng)調(diào)負(fù)荷的“主動性”，可以通過智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)隨時了解電網(wǎng)發(fā)布的信息，避峰就谷，減少用電費用。電動汽車擁有充電和放電的物理特性，可以作為一種典型的主動負(fù)荷利用需求響應(yīng)手段對其充放電行為進(jìn)行合理引導(dǎo)和控制，在避免大規(guī)模電動汽車充電對電網(wǎng)造成沖擊的同時，還可以參與系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻等，輔助電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。足夠多的電動汽車數(shù)量是保證電動汽車參與需求響應(yīng)有效性的前提條件。預(yù)計到2020年，我國的汽車保有量將達(dá)到1.5億輛[8]。假設(shè)其中電動汽車的滲透率為0.1%，每輛電動汽車以平均5kW的功率進(jìn)行放電，則總功率可達(dá)750萬kW。每輛汽車每天平均有94.35%的時間處于停駛狀態(tài)[9]，而且大部分用戶為理性用戶，所以電動汽車自身有足夠的條件來參與需求響應(yīng)。

V2G(Vehicle-to-Grid)是Amory Lovins在1995年提出的概念，后來特拉華大學(xué)的William Kempton教授又對此技術(shù)做了進(jìn)一步的研究和發(fā)展[10]。V2G技術(shù)是電動汽車參與需求響應(yīng)、與電網(wǎng)互動必不可少的技術(shù)條件。V2G系統(tǒng)總體分為AC-DC和DC-DC前后兩個模塊，它們由電壓源PWM轉(zhuǎn)換器、對稱半橋LLC轉(zhuǎn)換器和其它硬件組成[11]，當(dāng)然還應(yīng)包括智能通信和管理系統(tǒng)。電動汽車作為代步工具的固有特性阻礙了電動汽車參與需求響應(yīng)的及時性和有效性，以電動汽車與電池解耦為前提條件的B2G(Battery-to-Grid)[12]更有利于提高電動汽車參與需求響應(yīng)的整體效應(yīng)。

文章首先介紹了電動汽車通過分時電價、峰谷電價、直接負(fù)荷控制等方式直接參與需求響應(yīng)的基本方式，然后分析了電動汽車大量分散分布情況下通過聚合商(Load Aggregator，LA)參與需求響應(yīng)的基本方法并給出了數(shù)學(xué)模型，結(jié)合該領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)研究成果探討了電動汽車在參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和協(xié)助新能源并網(wǎng)等方面的作用，進(jìn)一步討論了電動汽車參與機(jī)組優(yōu)化的可能性，最后給出了下一步可能的研究方向。

1 電動汽車參與需求響應(yīng)的方式

1.1 用戶直接參與需求響應(yīng)項目

目前所研究的電動汽車參與的需求響應(yīng)項目主要有實時電價、分時電價、峰谷電價和直接控制負(fù)荷。實時電價是反映電力市場1h或小于1h的費率結(jié)構(gòu)，可以更精確地反映發(fā)電成本變化情況；分時電價是在不同的時間段有不同單位價格的費率機(jī)構(gòu)，峰谷電價是分時電價的一種，根據(jù)本地區(qū)負(fù)荷特性將1天(1年)分為峰平谷三個時段[13]，電價政策是引導(dǎo)用戶用電行為易行、有效的調(diào)控手段。直接控制負(fù)荷指在負(fù)荷高峰期由調(diào)度機(jī)構(gòu)直接對用戶用電設(shè)備進(jìn)行關(guān)閉控制或循環(huán)控制[14]，對供電質(zhì)量及用戶的用電舒適度影響不大。文獻(xiàn)[15]利用需求彈性矩陣得出了不同時段電價變化與負(fù)荷量變化的關(guān)系，以研究時段峰谷差最小為目標(biāo)函數(shù)，得出實時電價下電動汽車集中充電調(diào)度策略；文獻(xiàn)[16]用一個等效電池模型來計算電池充放電過程中的能量損耗，以燃料消耗量和電費最小為目標(biāo)函數(shù)，用二次規(guī)劃的方法求解，得到分時電價下插電式混合動力汽車最優(yōu)充電方式；文獻(xiàn)[17]用效用函數(shù)為用戶的放電需求模型，以負(fù)荷方差最小為目標(biāo)函數(shù)，最后以京津唐地區(qū)為例，預(yù)算出了2030年最優(yōu)峰谷電價。

電動汽車個體直接參與需求響應(yīng)是電動汽車發(fā)展初始階段與電網(wǎng)互動的基本形式，它依賴于智能電網(wǎng)的高級量測體系(Advanced Metering Infrastructure，AMI)，使車主及時了解電網(wǎng)的運行狀態(tài)，結(jié)合電動汽車的具體行駛規(guī)劃，做出有利于自己的抉擇。當(dāng)電動汽車發(fā)展到一定數(shù)量時，應(yīng)逐漸過渡到以負(fù)荷聚合商的形式參與需求響應(yīng)，分層分區(qū)，方便管理，提高工作效率。

1.2 通過LA參與需求響應(yīng)

LA是整合用戶需求響應(yīng)資源并提供給市場購買者的獨立組織，可以為中小負(fù)荷提供參與市場調(diào)節(jié)的機(jī)會，通過技術(shù)手段充分挖掘可用于輔助服務(wù)的負(fù)荷響應(yīng)資源[18-19]。文獻(xiàn)[20]指出電動汽車聚合商(Electric Vehicle Aggregator，EVA)是一種虛擬實體，在實施需求響應(yīng)項目的過程中它是電力系統(tǒng)運營商與電動汽車負(fù)荷之間的調(diào)解員。

圖1 調(diào)度機(jī)構(gòu)、負(fù)荷聚合商和用戶的相互關(guān)系

LA負(fù)責(zé)對分散電動汽車用戶的充放電情況進(jìn)行分類匯總和整理，化零為整，然后供電公司和LA直接進(jìn)行交易。LA和供電公司可以簽訂合同，內(nèi)容包括充放電時間、電價、充放電量等，通過售買電價差來實現(xiàn)贏利。同樣，每個LA都擁有一定數(shù)量的用戶服務(wù)對象，也是通過與用戶簽訂合同的方式來達(dá)到使用戶主動根據(jù)系統(tǒng)需要調(diào)整充放電策略的目的。合同內(nèi)容包括充放電量、激勵值、違約賠償?shù)?。因單個用戶的電力貢獻(xiàn)能力十分有限，所以補(bǔ)償結(jié)算的周期可以適當(dāng)延長，如一個月或兩個月。LA的工作機(jī)制，如圖1所示。

對于LA來說，一方面要盡可能縮小約定提供功率和實際提供功率之間的差值，以減少懲罰值；另一方面要通過售買電價的制定獲取盡可能多的利益，而用戶則希望通過策略性充放電來減少用電費用，或者獲取更多收益，LA和用戶的優(yōu)化模型如下：

(1)LA優(yōu)化模型

minf1=(PD-PA)2，

(1)

maxf2=M1+M2-Q1，

(2)

式中：f1為調(diào)度機(jī)構(gòu)需求調(diào)度功率與聚合商實際提供功率的偏差；PD為調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的需求調(diào)度功率；PA為聚合商提供的功率；f2為聚合商的收益；M1為LA買賣電價差收益；M2為電動汽車放電LA獲得和支付的補(bǔ)償差收益；Q1為LA違約懲罰值。

(2)用戶優(yōu)化模型

maxf3=Md-Mc-Q2，

(3)

式中：f3為用戶收益；Md為用戶放電補(bǔ)償收益；Mc為用戶充電費用；Q2為用戶違約懲罰值。

同時需要考慮充放電功率、電池荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)、結(jié)束聯(lián)網(wǎng)時SOC等約束條件。聯(lián)網(wǎng)過程中，電動汽車的充電功率和SOC都應(yīng)該保持在一定范圍之內(nèi)，否則會對電池壽命產(chǎn)生不利影響。聯(lián)網(wǎng)結(jié)束時，電池的SOC必須達(dá)到一定水平，不能影響車主的正常出行，這是保證和提高電動汽車用戶參與車網(wǎng)互動積極性的重要前提。因目標(biāo)函數(shù)之間存在矛盾性，可以用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、粒子群算法等智能算法進(jìn)行求解。

LA領(lǐng)域有著很大的開發(fā)潛力，我國在這方面做的研究比較少，相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)和實際應(yīng)用更少。我國電力行業(yè)、電動汽車產(chǎn)業(yè)和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展對LA技術(shù)的實施水平提出了新的要求，可以通過加強(qiáng)理論研究、推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施和示范工程建設(shè)、頒布相關(guān)政策法規(guī)等手段推動LA在我國的發(fā)展，從而大幅提高需求響應(yīng)資源的利用率。電動汽車通過LA參與需求響應(yīng)將是未來車網(wǎng)互動重要形式之一。

2 電動汽車參與需求響應(yīng)支持電網(wǎng)運行

2.1 電動汽車參與調(diào)頻

由于電能不可以大規(guī)模經(jīng)濟(jì)性儲存，所以電力系統(tǒng)的一大特點就是發(fā)電量與用電量要時刻保持平衡。如果發(fā)電量超過負(fù)荷需求，電網(wǎng)頻率會上升；反之，發(fā)電量小于負(fù)荷需求，電網(wǎng)頻率會下降[21]。傳統(tǒng)的調(diào)頻方式是調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，經(jīng)濟(jì)性差，響應(yīng)速度慢。與傳統(tǒng)調(diào)頻的方式相比，電池儲能調(diào)頻具有響應(yīng)速度快、跟蹤精確和成本低的特點。電動汽車特有的充放電特性使電動汽車參與系統(tǒng)調(diào)頻成為可能。當(dāng)對電動汽車進(jìn)行分散控制時，系統(tǒng)中需要安裝大量的頻率測量裝置和通信設(shè)備，這會提升系統(tǒng)響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)能力，但也會一定程度上影響到系統(tǒng)的抗噪能力和魯棒性。

文獻(xiàn)[22]分析評估了不同情境(不同的行駛里程，不同的荷電狀態(tài)等)下電動汽車參與調(diào)頻的效果，以及如何在考慮電池壽命的條件下建立最優(yōu)的頻率控制方法；文獻(xiàn)[23]指出電動汽車可以代替部分發(fā)電機(jī)參與一次調(diào)頻，作為調(diào)度負(fù)荷通過AGC(Automatic Generation Control)參與二次調(diào)頻，可在經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況下參與三次調(diào)頻；文獻(xiàn)[24]提出了一種新概念—V4G(Vehicle-for-Grid)，在充電狀態(tài)的電動汽車可以通過改變充電功率的方法來參與調(diào)頻，不考慮電動汽車向電網(wǎng)饋電，V4G要比V2G獲得的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償少，但是要求的技術(shù)難度相對較小，且避免了對電池造成過度損傷。對于單輛電動汽車來說，并不能每次都能響應(yīng)調(diào)度需求，如當(dāng)電池滿電時不能再充電，當(dāng)電池空電(SOC已達(dá)到允許下限，不是0)時不能再放電，所以針對電動汽車的AGC信號要具有靈活性，考慮多種因素，提供多種方案。

根據(jù)采用調(diào)頻方法的不同可以將系統(tǒng)調(diào)頻分一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻。只有經(jīng)過前兩次調(diào)頻系統(tǒng)頻率仍不能達(dá)到要求時，才會啟動三次調(diào)頻，所以三次調(diào)頻相對于一次調(diào)頻和二次調(diào)頻應(yīng)用較少。因此，更應(yīng)該注重對電動汽車參與一次和二次調(diào)頻的理論研究。當(dāng)電網(wǎng)頻率低于50 Hz時電動汽車向電網(wǎng)放電，而當(dāng)頻率高于50 Hz時，電動汽車進(jìn)行充電，以此調(diào)整系統(tǒng)能量不平衡，使電網(wǎng)頻率波動保持在要求范圍之內(nèi)。同時,需要利用智能充電器做好電動汽車充放電量的測量和控制工作。

2.2 電動汽車協(xié)調(diào)新能源入網(wǎng)

以風(fēng)電和光伏為代表的新能源顯著特點是出力波動性大，隨機(jī)性強(qiáng)[25]，與負(fù)荷需求匹配性差，在不受控情況下并入電網(wǎng)會對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生威脅。儲能技術(shù)是解決風(fēng)電并網(wǎng)“瓶頸”問題，提高電網(wǎng)對風(fēng)電接納能力的有效途徑之一[26-27]。電動汽車，特別是集群電動汽車的儲能特性在抑制風(fēng)電波動性方面擁有巨大的潛力。目前我國正對智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行全面而深入的研究，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中石油等大型國企都已經(jīng)對電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)采取行動[28]，這些工作都為實現(xiàn)風(fēng)電與電動汽車儲能功能協(xié)調(diào)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[29]用隨風(fēng)電出力波動性變化的電價來引導(dǎo)用戶充放電行為，然后從電動汽車提供備用電源的潛力、作為儲能系統(tǒng)的潛力綜合考察了電動汽車協(xié)助風(fēng)電并網(wǎng)的能力；文獻(xiàn)[30]分析了電動汽車以不同參與程度輔助風(fēng)電滲透率很高的丹麥電力系統(tǒng)運行的情況，證明10%的電動汽車足以為風(fēng)電滲透率達(dá)50%的丹麥電力系統(tǒng)提供電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)。

如果電動汽車的所需電能全部來源于傳統(tǒng)燃煤電廠，必將會增加煤炭的燃燒量，間接地增加了污染物排放。所以電動汽車在環(huán)保方面的優(yōu)勢只有在以低碳電力或新能源為主要供電電源的情況下才會更加凸顯，如風(fēng)電、光伏發(fā)電等。電動汽車與新能源之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)是雙贏性策略，是平抑新能源出力波動性的重要途徑，而且由此產(chǎn)生的成本要低于單獨配置儲能設(shè)備成本。對于我國來說，當(dāng)電動汽車滲透率和新能源開發(fā)程度達(dá)到一定水平后，電力系統(tǒng)中的電源包括新能源發(fā)電廠、傳統(tǒng)發(fā)電廠、擁有電源和負(fù)荷雙重特性的電動汽車，負(fù)荷可分為剛性需求負(fù)荷和彈性需求負(fù)荷。剛性需求負(fù)荷每日的用電規(guī)律比較固定，由出力可調(diào)的傳統(tǒng)發(fā)電廠供電，彈性需求負(fù)荷用電時間和用電量具有隨機(jī)性，可選擇以新能源供電為主，傳統(tǒng)能源為輔。而風(fēng)電、光伏的發(fā)電能力不可調(diào)，為了盡可能減少棄風(fēng)和棄光的發(fā)生，可利用電動汽車對新能源的出力進(jìn)行間接調(diào)節(jié)，即當(dāng)新能源出力大而負(fù)荷需求小的時候電動汽車進(jìn)行充電，當(dāng)新能源出力小而負(fù)荷需求大時電動汽車進(jìn)行放電，同時可以保證電動汽車能源大部分來源于新能源。調(diào)度中心需要及時收集整理電動汽車的狀態(tài)信息、充放電特性等相關(guān)信息，盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測新能源出力和負(fù)荷需求情況，呈輻射狀進(jìn)行信息的雙向流通，統(tǒng)籌規(guī)劃，提高系統(tǒng)運行的整體效益。風(fēng)-光-車互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，電氣連接和通信連接分別用于電能的傳輸和信息的輸送。

圖2 風(fēng)-光-車互補(bǔ)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖2模型，電力系統(tǒng)智能調(diào)度中心實時監(jiān)測電網(wǎng)運行情況，風(fēng)電出力水平，并結(jié)合常規(guī)機(jī)組的運行計劃，向電動汽車管理系統(tǒng)發(fā)出合理的調(diào)度指令，管理系統(tǒng)根據(jù)所接收到的調(diào)度指令，綜合考慮電動汽車狀態(tài)、電池SOC等因素，以不影響用戶之后的出行計劃為前提，對可控電動汽車的充放電行為進(jìn)行合理地安排。

2.3 電動汽車支持高峰電力

由于電力負(fù)荷復(fù)雜多樣及其運行時間的不一致，導(dǎo)致日負(fù)荷曲線、季度負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線會出現(xiàn)短時高峰的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的解決方法是設(shè)置備用機(jī)組，由于高峰負(fù)荷出現(xiàn)的頻率低、持續(xù)時間短，所以設(shè)置備用機(jī)組的方法工作效率低、經(jīng)濟(jì)效益差。需求響應(yīng)概念引入以后，一般通過調(diào)度手段和需求響應(yīng)來支持系統(tǒng)高峰電力[31-32]。電動汽車作為特殊的儲能元件可以通過需求響應(yīng)來支持高峰電力。

電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰的出現(xiàn)會對系統(tǒng)的供電可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，加重網(wǎng)絡(luò)阻塞程度，增加網(wǎng)損，影響電能質(zhì)量，降低用戶的用電滿意度。利用電動汽車儲能特性作為另類“旋轉(zhuǎn)備用”來支持電網(wǎng)高峰電力，既可以減少設(shè)置小容量機(jī)組，提高電網(wǎng)運行效率和經(jīng)濟(jì)性，又可以避免大規(guī)模電動汽車接入電網(wǎng)對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。文獻(xiàn)[33]根據(jù)“行駛(D)”、“停在家(H)”、“停在工作地點(W)”、“停在其它地方(O)”四種狀態(tài)對英國2000TUS(Time Use Survey)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分類，利用非齊次馬爾科夫鏈模擬電動汽車在不同時段間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，結(jié)果證明即使考慮電動汽車在工作地點充電，低滲透率的電動汽車也表現(xiàn)出支持高峰電力的巨大潛力。文獻(xiàn)[34]將電動汽車的充電時間進(jìn)行序列化，由調(diào)度機(jī)構(gòu)或電動汽車管理系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)節(jié)信號對電動汽車充放電策略進(jìn)行調(diào)整，每時段的充電功率可以為固定值或可變值，算例結(jié)果表明該調(diào)控策略下電動汽車充電負(fù)荷的峰值出現(xiàn)了大幅度降低。

考慮到放電會對蓄電池的壽命產(chǎn)生不利影響，所以應(yīng)盡可能控制電動汽車參與需求響應(yīng)進(jìn)行放電的頻率和深度。電力高峰往往只在夏季、冬季或其它特殊時段發(fā)生，出現(xiàn)頻率低，在電動汽車數(shù)量足夠多的情況下，不會對電池的壽命產(chǎn)生太大影響，所以在技術(shù)水平達(dá)到的情況下電動汽車支持高峰電力具有高度可行性，將是電動汽車輔助電網(wǎng)運行的重要內(nèi)容。

2.4 電動汽車與機(jī)組優(yōu)化組合

機(jī)組優(yōu)化組合是指在保證系統(tǒng)安全運行的前提下合理安排機(jī)組的啟停計劃，使系統(tǒng)消耗的燃料總量或運行費用最少[35-37]，這對于電力系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)運行至關(guān)重要。電動汽車的出現(xiàn)給傳統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化問題加入了新的內(nèi)涵。如果能通過需求響應(yīng)對大規(guī)模電動汽車充放電行為進(jìn)行合理調(diào)控，參與機(jī)組的優(yōu)化組合，不僅能降低對“小而貴”應(yīng)急機(jī)組的依賴，節(jié)省燃料和發(fā)電費用，給用戶帶來收益，還可以避免電動汽車群聚效應(yīng)對電網(wǎng)造成沖擊，提高系統(tǒng)資源的綜合利用率。

電動汽車參與機(jī)組組合的根本目的是取代小容量機(jī)組，減少發(fā)電成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。但是機(jī)組組合問題需要對電動汽車進(jìn)行連續(xù)控制，目前大部分文獻(xiàn)沒有考慮電動汽車在時空分布上與傳統(tǒng)機(jī)組的組合匹配度問題。實際模型中往往以發(fā)電費用最小為目標(biāo)函數(shù)，包括機(jī)組的冷啟動費用、熱啟動費用、燃料費用以及電動汽車的調(diào)度費用等，同時考慮機(jī)組出力約束、供需平衡約束、爬坡約束以及電動汽車放電功率、SOC等約束條件。文獻(xiàn)[38]利用兩階段雙隨機(jī)規(guī)劃的方法研究了如何利用電動汽車的接入解決在負(fù)荷預(yù)測不確定的條件下機(jī)組組合的安全約束問題，指出這也是評估V2G對電網(wǎng)造成影響的有效方法。文獻(xiàn)[39]分析了在低損耗和低充電中斷率情況下電動汽車作為響應(yīng)備用與傳統(tǒng)熱電機(jī)組的優(yōu)化組合，結(jié)果表明獨立系統(tǒng)運營商(Independent System Operator，ISO)購買電動汽車備用要比購買傳統(tǒng)機(jī)組備用所用費用少，而且車主可以獲得更多收益。

單輛電動汽車電池容量十分有限，而可調(diào)度容量又肯定小于額定容量，所以電動汽車參與機(jī)組優(yōu)化組合的具體實施需要等到電動汽車數(shù)量足夠多、管理系統(tǒng)足夠智能和科學(xué)以及電動汽車蓄電池充放電性能和循環(huán)壽命有突破性提高的情況下才有可能實現(xiàn)。提供換電服務(wù)的充電站或LA應(yīng)是電動汽車參與機(jī)組組合優(yōu)化的主要形式。

3 結(jié) 論

積極推動電動汽車的發(fā)展已經(jīng)成為解決環(huán)境污染問題和緩解能源危機(jī)的有效途徑之一，電動汽車有著可預(yù)見性的廣闊發(fā)展前景。大量電動汽車接入電網(wǎng)將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文從需求響應(yīng)的角度全面分析了電動汽車參與需求響應(yīng)的條件和途徑，以及電動汽車如何通過需求響應(yīng)從調(diào)頻、促進(jìn)新能源消納等多方面來輔助電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性運行。

結(jié)合我國電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，本文認(rèn)為下一步研究方向包括以下三個方面：

(1)建立科學(xué)合理的電動汽車充電負(fù)荷曲線。把握電動汽車的充電負(fù)荷特性是研究電動汽車對電網(wǎng)造成影響的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上探討有效的解決方法。電動汽車充電負(fù)荷曲線的建立與電動汽車的數(shù)量、類型以及不同車主日行駛習(xí)慣密切相關(guān)，需要考慮如何以合適的方式將它們?nèi)谌氲诫妱悠嚦潆娯?fù)荷曲線的建立中來。

(2)補(bǔ)償問題。目前大部分文獻(xiàn)直接研究如何使電動汽車通過需求響應(yīng)和V2G技術(shù)與電網(wǎng)的互動效果達(dá)到最好，卻很少提及對車主的具體補(bǔ)償方案。如何量化饋電對電池造成的傷害以及如何確定合理的補(bǔ)償方案即能達(dá)到緩解網(wǎng)絡(luò)壓力的目的又能兼顧車主和電網(wǎng)公司利益值得研究。

(3)需求側(cè)競價。當(dāng)電動汽車大范圍普及時，負(fù)荷聚合商應(yīng)該是電動汽車參與需求響應(yīng)的主要形式。每個聚合商都擁有一定數(shù)量具有放電潛力的電動汽車儲能負(fù)荷，相當(dāng)于一個小型發(fā)電廠，大量聚合商和傳統(tǒng)發(fā)電廠平等競價，甚至優(yōu)先對待，優(yōu)化資源配置，提高資源綜合利用率，實現(xiàn)多方共贏。

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Research on Electric Vehicle Access Demand Response As Active Load

Yu Na1，Liu Jiali1，Sun Li2，Zhang Pengyu3

(1.Electrical Engineering College，Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012；2.Jilin Province Electric Power Maintenance Company，Changchun Jilin 130000；3.Jilin Institute of Electrical Engineering，Changchun Jilin 130000)

With persistent increase in number of electric vehicle(EV) in our country，the research on electric vehicle participating in demand response(DR) is getting more and more attention.The basic conditions required and the way that electric vehicle takes part in demand response are analyzed based on elaborating the current development status of electric vehicle and basic concept of demand response，the functions of electric vehicle on frequency regulation and assistance in grid accommodating intermittent new energy through participation in demand response，such as time of use(TOU)，real time pricing(RTP) are analyzed combined with the existing research results，the possibility of optimizing unit commitment(UC) considering cluster of electric vehicles is deeply analyzed.At last，the strategies and methods of electric vehicle participating in DR are comprehensively summarized and prospective research problems in this field are pointed out.

Electric vehicle；Demand response；Power system；Renewable energy resource

2016-05-03

國家自然科學(xué)基金(51307019)；吉林省科技發(fā)展項目(20140101210JC)

于 娜(1977-)，女，博士，副教授，主要研究方向：電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行.

1005-2992(2017)04-0020-07

U469.72

A

電子郵箱： yuna0616@163.com(于娜)；juanliujiali@163.com(劉甲利)；66856518@qq.com(孫莉)；89705999@qq.com(張鵬宇)