淺談電動汽車入網(wǎng)技術(shù)

摘 要：近年來電動汽車迅速發(fā)展，市場保有量不斷增加，不久以后將有數(shù)量龐大的電動汽車接入電網(wǎng)充電。然而由于電動汽車充電的不確定性，其大規(guī)模無序接入電網(wǎng)會對電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的沖擊。電動汽車入網(wǎng)（V2G）技術(shù)旨在加強電動汽車與電網(wǎng)之間的友好互動，可以有效降低大量電動汽車接入對電網(wǎng)的影響，是電動汽車行業(yè)繼續(xù)發(fā)展的一大趨勢。本文介紹了V2G技術(shù)的理論依據(jù)，分析了目前存在的問題，并對下一步發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：電動汽車;V2G;電網(wǎng)

隨著能源與環(huán)保行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車能源利用率低、污染環(huán)境、噪聲大、保養(yǎng)成本高等缺點不斷突顯。同時與傳統(tǒng)化石能源相比，電能作為一種優(yōu)質(zhì)能源，可以有效提高能源利用率，減少環(huán)境污染，促進社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，以電動汽車（Electric Vehicle， EV）為代表的新能源汽車受到世界各國的廣泛關(guān)注[1]，相關(guān)技術(shù)日趨成熟。

據(jù)統(tǒng)計，截至2019年末，我國新能源汽車保有量達到381萬輛，其中純電動汽車保有量為310萬輛。從2014年的8萬輛到2019年的310萬輛，中國電動汽車市場呈現(xiàn)出快速擴張的趨勢，有專家預計，到2040年中國電動汽車保有量或?qū)⒊^2億輛。然而相關(guān)研究結(jié)果表明，數(shù)量龐大的電動汽車無序接入電網(wǎng)充電將會嚴重影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運行，是制約電動汽車快速規(guī)?；l(fā)展的限制之一。

電動汽車入網(wǎng)（Vehicle-to-Grid， V2G）技術(shù)通過合理的管理策略，讓大量電動汽車的儲能資源與電網(wǎng)形成良性互動，是避免問題的有效方式。

1 電動汽車接入對配網(wǎng)的影響

目前，我國電動汽車數(shù)量還沒有形成規(guī)?；?，接入電網(wǎng)的負面效應還不明顯，但隨著數(shù)量的快速增長，大量電動汽車作為簡單不可控負荷接入電網(wǎng)將對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生一些影響。

在電力負荷方面，由于電動汽車充電負荷具有不確定性，有可能在負荷高峰期大量接入電網(wǎng)，進一步加大電能供需之間的不平衡，使電網(wǎng)的供電能力遭受嚴峻的考驗。在電能質(zhì)量方面，大量電動汽車無序接入電網(wǎng)，將造成電壓波動與暫降、三相不平衡等問題，影響電壓穩(wěn)定性。并且由于電動汽車充電樁是由電力電子器件組成，還會給電網(wǎng)帶來諧波污染的威脅。在設(shè)備運行方面，早期公共配電網(wǎng)建設(shè)中沒有考慮電動汽車充電需求，這就使得局部地區(qū)充電高峰時段會導致變壓器過載，從而嚴重影響變壓器的使用壽命。

2 電動汽車入網(wǎng)（V2G）技術(shù)

在電力系統(tǒng)中用電和發(fā)電是同時性的，每個電廠都會根據(jù)調(diào)度指令實時調(diào)整發(fā)電功率，以保證用電量和發(fā)電量的動態(tài)平衡。而短期內(nèi)大容量用電負荷變化不但會增加發(fā)電成本，還會加大頻率和電壓的調(diào)整難度。因此，對電網(wǎng)而言，希望全社會的用電負荷保持穩(wěn)定，負荷波動小，最好是常數(shù)。減少負荷波動主要是兩個方面，在用電高峰時盡量減少用電、甚至給電網(wǎng)充電（削峰），在用電低谷時增加用電（填谷）。采用具有儲能功能的設(shè)備與電網(wǎng)進行互動是降低負荷波動的一種有效方法。

電動汽車入網(wǎng)技術(shù)（Vehicle-to-grid， V2G）是指電動汽車與電網(wǎng)可交換能量的良性互動關(guān)系，將處于停駛狀態(tài)的電動汽車車載電池視為分布式儲能單元，接入具有雙向功率變換功能的充電樁，根據(jù)需求靈活的從電網(wǎng)消耗電能或者將可控電能反向輸送給電網(wǎng)，可以實現(xiàn)削峰填谷的目的，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，有利于電動汽車的大量普及。

V2G技術(shù)的發(fā)展在理論層面主要由EV與電網(wǎng)之間連接的智能充放電變換器（充電樁）和相關(guān)的統(tǒng)一互動協(xié)調(diào)管理策略提供支撐。電動汽車充電樁的任務是通過使用合適的雙向拓撲結(jié)構(gòu)和相應的變換器控制方法，實現(xiàn)能量在EV和電網(wǎng)之間高效率、高可靠、低損耗的雙向流動。統(tǒng)一互動協(xié)調(diào)管理策略主要通過數(shù)據(jù)管理，分析調(diào)度、配網(wǎng)等信息，從而合理調(diào)控大量接入電網(wǎng)的電動汽車電池充放電，在有序充電的基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)移甚至負荷調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)備用的功能。

3 V2G技術(shù)的問題和發(fā)展方向

電動汽車入網(wǎng)（V2G）技術(shù)可以有效加強電動汽車與電網(wǎng)之間的良性互動，不僅能夠解決大量電動汽車無序接入電網(wǎng)帶來的影響，還體現(xiàn)著智能電網(wǎng)進一步發(fā)展的一個重要方向。然而要實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間雙向、可控、頻繁的能量流動，還存在一些問題需要進一步研究。

車載儲能電池技術(shù)是一個主要方面，目前制約電動汽車發(fā)展的一大瓶頸就是電池技術(shù)，儲能電池是汽車的能量來源，直接決定了電動汽車的續(xù)航能力，是汽車電動化的關(guān)鍵所在[2]。對電動汽車自身使用而言，電池需要具有能量密度高、安全性好、使用壽命長、成本低及穩(wěn)定性強等條件，以保證電動汽車的正常使用;對電動汽車入網(wǎng)（V2G）技術(shù)而言，這些儲能單元除了上述條件外還必須具備高充放電循環(huán)次數(shù)的能力，而且要滿足充放電功率需求。目前的車載蓄電池相關(guān)技術(shù)尚不成熟，頻繁對電池進行充放電必然會對電池造成損耗，降低電池容量和使用壽命，是阻礙V2G發(fā)展的主要因素。

基礎(chǔ)配套設(shè)施也需要進一步完善，傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒有考慮到大量電動汽車接入，相應的具有雙向能量傳輸功能的智能充電樁的建設(shè)覆蓋還不充分，統(tǒng)一的充電接口與相應的雙向變換器及控制方法也不夠成熟，實現(xiàn) V2G的協(xié)調(diào)管理策略同樣需要進一步深入研究。

4 總結(jié)

由于電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比具有更環(huán)保、更節(jié)能等優(yōu)勢，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)近年來快速發(fā)展，電動汽車市場占有率必將不斷增加。電動汽車入網(wǎng)（V2G）技術(shù)可以避免大量電動汽車的無序充電行為給電網(wǎng)帶來的較大影響，受到了社會各界的廣泛關(guān)注和眾多學者的研究。目前電動汽車入網(wǎng)（V2G）還存在車載儲能電池技術(shù)、充電樁智能化與普及程度、統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理策略等方面不夠成熟的限制問題，如何解決這些問題將是該產(chǎn)業(yè)未來的重點研究與發(fā)展方向。

參考文獻：

[1] 王錫凡， 邵成成， 王秀麗，等. 電動汽車充電負荷與調(diào)度控制策略綜述[J]. 中國電機工程學報，2013，33（1）：1-10.

[2] 劉燁，鄭燕萍，孫偉明，朱靜. 電動汽車電池技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 機械制造與自動化（4期）：56-58.

作者簡介：

湯國晟（1994-10 ）男，漢 ，江蘇揚州人， 工程碩士，從事配電運行及維護工作。