V2G技術在微電網中應用綜述

麥惠俊

（廣東順德電力設計院有限公司　廣東佛山　528300）

經濟的發(fā)展與生活水平的提高，使汽車作為廣泛使用的交通工具，逐漸走進千家萬戶，根據(jù)公安部數(shù)據(jù)，截至2017年底，我國機動車保有量為3.10億輛，其中汽車達2.17億輛。但近年來多地霧霾天氣頻發(fā)，傳統(tǒng)燃油車尾氣排放造成的環(huán)境污染問題日益突出。隨著政策的推動、技術的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的提高，電動汽車迎來爆發(fā)式增長，截至2017年底，我國新能源汽車保有量達153萬輛，占汽車總量的0.7%。根據(jù)預測，2020年我國電動騎車保有量將達到494.4萬輛[1]。電動汽車作為電力負荷，其充電行為具有隨機性、間歇性，大量電動汽車的充電行為將給電網安全運行帶來較大影響[2]。通過V2G（Vehicle-to-Grid）技術應用，對接入電網的電動汽車有序管理，參與系統(tǒng)調度，可改善電網運行的經濟性和可靠性，提高用戶使用電動汽車的經濟型[3]。微電網作為分布式電源接入電網的重要手段，是未來智能電網的發(fā)展方向，結合其系統(tǒng)結構特點，在微電網中引入V2G技術，將有助于微電網中能源的優(yōu)化調度，提高供電可靠性，提高系統(tǒng)經濟效益。

1　V2G技術概述

V2G是指電動汽車通過電力電子充電設施，既可從電網獲取電能，又可在必要時向電網放電[4]。其核心思想是電動汽車與電網的友好互動，利用電動汽車動力電池作為電網的儲能緩沖單元，在保證電動汽車滿足使用要求的前提下，為電網提供輔助服務，改善電網運行狀態(tài)，充分利用閑置狀態(tài)的電動汽車，為車主創(chuàng)造額外收益，達雙贏目的。目前V2G的實現(xiàn)方法可分四類：集中式V2G實現(xiàn)方法、自治式V2G實現(xiàn)方法、基于微電網的V2G實現(xiàn)方法以及基于更換電池的V2G實現(xiàn)方法；V2G四個關鍵問題對應四種關鍵技術：V2G智能調度技術、智能充放電管理技術、電力電子技術以及電池管理技術[5]。

2　微電網概述

國際上關于微電網的定義尚不統(tǒng)一，其中以2002年美國CERTS給出的定義較具權威，其定義為：微電網是一種由分布式電源與負荷共同組成的系統(tǒng)，可熱電聯(lián)供；內部電源主要由電力電子器件進行能量轉換，并提供控制；微電網相對于大電網表現(xiàn)為單一的可控負荷單元，并可同時滿足用戶對電能質量和供電可靠性等方面的要求。隨著傳統(tǒng)能源供應的日益緊張，分布式清潔電源發(fā)展迅猛，將分布式電源通過微電網接入大電網中，使大電網不需直接面對種類各異、分布不均、數(shù)量龐大的分布式電源，是有效利用分布式電源的方式之一[6]。微電網具有節(jié)能環(huán)保、運行靈活的特點，將在未來的智能電網中發(fā)揮巨大作用[7]。

3　微電網中V2G應用前景

由于接入微電網中的風、光、潮汐等清潔能源發(fā)電出力具有隨機性和間歇性，其對微電網安全運行帶來的影響不容小覷，為確保系統(tǒng)安全可靠，儲能裝置在微電網中不可或缺。儲能裝置的加入既可平抑接入微電網中清潔能源發(fā)電的波動，又可削峰填谷減少負荷波動對大電網的壓力。

劉舒等人利用加權移動平均法及上下限約束法計算微電網儲能裝置的容量配置，并仿真驗證其平抑分布式電源的功率波動及對綜合負荷進行削峰填谷的作用[8]。電化學儲能因其不受地理環(huán)境限制、響應迅速、可隨充隨放的特點，非常適合作為微電網的儲能裝置。但受限于成本和循環(huán)壽命，目前大部分的化學電源均不能在儲能中取得收益[9]。根據(jù)文獻[8]計算結果，微電網中儲能容量需求一般較大，因此將V2G技術引入微電網，利用電動汽車動力電池作為微電網儲能系統(tǒng)的補充，可降低常規(guī)儲能裝置的裝機容量，節(jié)省微電網總體投資，提高其經濟型。而且由于電動汽車作為常用交通工具，其在微電網中接入時機與微電網其他負荷變化具有一定的相關性，利用V2G技術有利于微電網內功率平衡，提高其供電可靠性。

翁國慶等人以浙江丹山東福山島風-光-柴-儲海島微電網為算例，基于改進粒子群優(yōu)化POS算法，提出并驗證了電動公交汽車電池集群V2G運行機制及調度策略，其運行機制與調度策略具有可行性和有效性，有利于降低的系統(tǒng)的投資與運行成本[10]。郭曉麗等人以小型辦公場所微電網為基礎模型，采用變慣性權值的粒子群算法對優(yōu)化調度模型進行求解，電動汽車以V2G模式接入微電網，可以減少其大量接入時帶來的負荷波動，同時利用其儲能能力，參與微電網調度，提高微電網運行的經濟型[11]。華北電力大學的魏臣利用改進的思維進化算法，提出對包含V2G的微電網優(yōu)化調度的控制策略數(shù)學模型，參考一棟大樓24h內用電數(shù)據(jù)進行實例計算，驗證了算法的穩(wěn)定性和容錯能力以及基于V2G技術的微電網優(yōu)化調度效果[12]。

以上研究大多忽略了電動汽車以V2G形式接入微電網動力電池充放電帶來的電池損耗成本，這對于電動汽車用戶是不利的，將影響用戶接入的積極性，不利于V2G技術的推廣與發(fā)展。張書盈等人充分考慮不同放電深度下V2G響應對電池的損耗成本，提出電動汽車集群V2G響應成本評估模型，運營商可通過模型評估V2G響應成本，制定補償電價機制，在保證用戶利益的前提下，實現(xiàn)效益最大化[13]。項頂?shù)热艘跃┙蛱齐娋W為算例，基于我國電價體制，針對V2G削峰填谷的作用，對未來電動汽車參與V2G響應時的峰谷電價進行仿真計算。經計算預測，2030年最優(yōu)V2G分時電價方案谷電充電電價為1.09元/度，峰電放電電價為2.50元/度，用戶可充分利用閑置電動汽車獲取利益，電力系統(tǒng)效率可得到有效提高[14]。

除了削峰填谷外，V2G技術還可為微電網提供旋轉備用、頻率調節(jié)、無功補償、平抑新能源發(fā)電出力等輔助服務，提高微電網運行的經濟性和可靠性，為用戶帶來經濟效益。因此V2G在微電網中具有良好的應用前景。

4　結語

目前，電動化已成為汽車動力形式的發(fā)展方向，未來汽車其對電網的依賴是毋庸置疑的。微電網作為智能電網的重要組成部分，將是電動汽車接入電網的主要形式。在微電網中引入V2G技術，不單減少了大量電動汽車接入的負荷沖擊，又可充分利用電動汽車的儲能特性，提高微電網運行的可靠性和經濟性。隨著電動汽車動了電池的技術發(fā)展與能源資源緊張形勢日益突出，電動汽車V2G入網成本逐漸降低，傳統(tǒng)能源發(fā)電價格持續(xù)走高，V2G技術經濟效應將逐步提高。

考慮現(xiàn)階段微電網發(fā)展水平，V2G技術在微電網中的應用可適當參考以下建議：

（1）在電動汽車保有量水平相對較低階段，利用智能充電樁對接入微電網的電動汽車進行充電管理，避免無序充電對微電網的沖擊。結合電動汽車的發(fā)展，入網形式逐步向V2G模式轉化。

（2）對V2G技術應用研究時，充分考慮電動汽車充放電對電池的損耗成本，通過成本收益計算，利用電價差引導電動汽車用戶以V2G模式入網，使各方收益最大化。

（3）在有條件的典型微電網中引入V2G技術試點工程，分析驗證技術結果，最后將其推廣至智能電網中。