电动汽车与电网统一互动架构设计与探讨

电动汽车与电网的互动为大规模电动汽车的接入提供了支持,需要对不同充电模式、场所和管理方式下电动汽车与电网的互动方案进行设计。分析了各种充电场景下,电网对电动汽车的控制管理方式,根据电网运行需求,提出了电动汽车与电网互动的主要目标,进而提出了电动汽车与电网互动统一架构,包括5个层级用户管理层、本地能量管理层、集成管理层、配电网管理层及区域电网管理层。对电动汽车与电网的在不同场景下的通讯结构、各层级的控制策略进行了探讨。最后,在特定互动方案下,进行了案例仿真。结果表明,通过电动汽车与电网的信息互动,电动汽车充电负荷特性发生较大程度的改变。文中指出电动汽车与电网的互动存在多种解决方案,本文提出的统一架构为各种方案的设计和应用提供了参考。     

美国加州车网互动政策、标准与市场机制最新进展及其启示

电动汽车与电网互动（简称“车网互动”）可以释放电动汽车作为灵活性资源的潜力,能够有效提升电网调峰能力、促进高比例可再生能源消纳、提升电动汽车用户经济收益,日益受到各方重视。美国加利福尼亚州（简称“加州”）近些年在推动电动汽车与电网互动发展方面做了大量工作,取得了重要进展。首先,文中介绍了加州在电动汽车与电网互动配套政策法规方面的最新动向;之后,从技术标准、市场机制两方面介绍了加州在电动汽车与电网互动相关基础工作方面的最新进展;最后,结合中国电动汽车与电网互动发展实际提出了有关建议。     

电动汽车接入电网的影响与利用

未来电动汽车(plug-in electric vehicle,PEV)的大规模接入,将给电力系统规划和运行带来不可忽视的影响。从电动汽车充电负荷建模与仿真计算、电动汽车接入对电力系统的影响、电动汽车的充放电控制与利用3大方面,讨论电动汽车接入电网的研究现状。指出电动汽车充电负荷分析应考虑的主要因素;总结电动汽车接入对电源发展、电网运行、充电设施与配电网规划方面的影响,并分析电动汽车有序充电及与电网互动(vehicle to grid,V2G)的研究现状和应用难点。最后,对今后的研究方向进行讨论。     

电动汽车对电网影响的评估和解决方案

电动汽车(electric vehicle,EV)具备可控负荷和储能单元的双重属性,利用电动汽车的该种特性减少其对电网的不利影响并实现电网运行特性的优化,需要对电动汽车与电网的互动解决方案进行设计。按照考察范围、层次、指标的不同对电动汽车对电网的影响进行了分类,给出了电动汽车对电网影响的评估步骤和方法,分析了电动汽车充电负荷的不确定性及影响因素。根据现有研究和相关标准化工作,从电动汽车与电网的互动架构、通讯、管理机制和控制方法等方面对电动汽车与电网互动的解决方案进行了探讨。指出电网需要具备足够的监测及管理能力以支持大规模电动汽车的接入。     

规模化电动汽车与电网互动的方案设想

提出了规模化电动汽车与电网互动的方案设想,分析了规模化电动汽车与电网之间的互动方式及目标,设计了互动的市场机制以及协调控制策略。并基于控制策略,从功能以及与信．g-交互等方面提出了互动协调控制系统的建设方案设想．为今后电动汽车大规模接入后与电网之间能量和信息的双向互动提供了研究方法和思路。     

电动汽车与电网互动协调运行技术探讨

介绍了国内外电动汽车与电网互动协调运行技术的研究现状,分别从电动汽车与电网互动方式、互动内容、互动技术装备、控制策略以及互动激励措施等5个方面对互动协调运行技术进行了全面阐述。分析了电动汽车与电网互动协调运行技术所带来的社会经济效益,并对推广电动汽车与电网互动协调运行技术亟需解决的问题进行了探讨。     

基于电动汽车与电网互动技术的充电站控制策略研究

针对电动汽车与电网互动技术充电站控制策略需要考虑的电网、车辆、用户三方面因素,提出该控制策略需要解决的充放电车辆选择与电流/功率确定问题,分析电动汽车与电网互动技术各组成部分之间的控制关系,负荷曲线整形的充放电模式和实现该充放电模式的电动汽车与电网互动技术充电站控制策略流程,并对实现控制策略的具体算法进行探讨和算例分析。     

电动汽车与电网互动：综述与展望

随着新能源发电、电动汽车的大规模发展,电网的调节能力持续下降,新能源消纳的压力日益增加,配电网的薄弱性逐渐暴露。电动汽车与电网互动技术的推广应用对于充电需求的满足、配电网建设压力的缓解、电动汽车灵活性资源的利用及新能源消纳都具有重要意义。文中从电动汽车与电网互动的技术研究、相关政策与标准制定、基础设施及能量管理等平台、信息安全以及示范应用五大方面入手,对电动汽车与电网互动领域的研究现状进行了系统总结,指出了现有研究中的不足之处,并进一步探讨了未来电动汽车与电网互动领域的潜在研究方向。     

国内外车网互动试点成效分析与发展建议

规模化电动汽车与电网双向有序互动可为电网提供多元化辅助服务、平抑新能源出力和负荷波动,同时电动汽车用户可节省充电成本,并通过向电网提供辅助服务获得收益。介绍了电动汽车与电网双向智能互动的基本概念和发展情况,阐释了电动汽车与电网互动(简称为“车网互动”)的典型应用场景、能量优化管理策略和通信协议标准现状,并针对典型示范项目分析了国内外车网互动的技术思路和主要结论及成效,对比总结了国内外示范项目的特点、经验和局限性。结合我国相关产业与技术发展趋势,针对目前国内试点项目的局限性,从理论研究、商业模式、市场机制等方面给出了我国车网互动技术未来发展的建议。     

电动汽车参与V2G的最优峰谷电价研究

电动汽车与电网互动(vehicle-to-grid,V2G)的市场机制是V2G实施的重要基础。在分析电动汽车放电成本和效益的基础上,给出了电动汽车放电电价定价的上下限。考虑了用户起始充放电时刻的Poisson分布特性,基于经济学理论提出了电动汽车放电需求函数。建立了以电网总负荷波动最小为目标,以满足用户充放电时间、充放电需求等为约束条件的电动汽车与电网互动的最优峰谷电价模型。以京津唐电网为例,得到了电动汽车充放电的最优峰谷电价和对应时段,验证了所提方法的有效性。     

基于V2G的电动汽车无功功率补偿技术

近年来电动汽车得到了快速发展,非车载充电机等与此匹配的充电设施也大量分布在公共场所。考虑到无功功率对电网的不利影响和V2G(vehicle to grid)技术,研究了电动汽车通过非车载充电机在满足用户充电需求且不损害电池寿命的前提下对电网进行合理的无功补偿。基于瞬时无功理论和解耦控制设计控制环节,对信号做出快速响应。最后在PSCAD/EMTDC的平台上进行仿真,仿真结果表明,电动汽车在充电的同时,可以通过非车载充电机对电网进行合理的无功功率补偿,既可以满足用户的充电需求,又可以调节电网无功功率,充分利用了电动汽车资源,拓展了V2G技术,让V2G技术的实施更加具有可行性。     

含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略

随着电转气(power-to-gas,P2G)技术的不断发展和商业化应用,风电机组(wind power generation unit,WPGU)与电转气设备的协同运行逐步受到关注。电转气设备的运行方式比较灵活,可有效平衡风电出力波动,二者可协同形成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力市场运营。在此背景下,研究了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略。首先构建了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂参与电力市场运营的模型架构。之后,以最大化总体收益为目标,构建了虚拟电厂在日前电力市场的竞价策略模型,并确定虚拟电厂自调度运行策略。然后,考虑到风电出力预测误差的不确定性,发展了基于信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)的鲁棒竞价策略和机会竞价策略,以反映虚拟电厂不同的风险偏好水平。接着,采用成熟的商用求解器AMPL/IPOPT求解所构造的非线性优化模型,确定针对预期成本的鲁棒和机会竞价策略。最后,以北欧电力市场的实际数据为例说明所构建的优化模型和采用的求解方法的基本特征。     

面向主动配电网的电动汽车充放电功率控制技术

电动汽车V2G系统不仅能实现对电池的充放电功能,还能发挥三相电压型PWM变流器的四象限运行功能,为电网提供双向可控的有功功率和无功功率,实现平抑电网负荷波动、削峰填谷等功率调节功能。本文针对V2G系统的并网功率控制,分析了电动汽车V2G系统拓扑结构,并提出基于比例反馈积分(PFI)的功率控制方法,实现V2G系统并网电流指令的精确跟踪;与常规的比例积分(PI)控制进行了对比分析,通过PSIM仿真平台验证了该PFI控制方法的有效性。     

考虑风电与能源转换和存储设备联营的电力和 天然气市场均衡分析

风电出力较大的不确定性会导致参与市场竞争时的投标偏差问题,多能交易市场中的多能互补有助于降低风电投标偏差。首先,提出了风电商与电转气设备、燃气机组及储气装置分别以合作联营和租用联营模式参与投标竞争的电力和天然气市场交易框架。其中,两种联营模式均可完全弥补风电商在电力市场中的投标偏差,而且电转气设备、燃气机组和储气装置除了弥补风电投标偏差,还能利用不同能源市场价格差异参与套利交易。其次,为了研究比较不同联营模式对电-气市场均衡结果的影响,分别建立不同联营模式下的电力-天然气市场多时段古诺随机均衡模型。其中利用Shapley值法对合作联营模式下的风电商、电转气设备、燃气机组及储气装置进行利润分配。最后,通过算例仿真表明,所提出的两种联营模式有助于提高风电商的市场竞争力,缓解电力和天然气市场的价格波动,促进两个市场的高效平稳运行。     

基于虚拟同步策略的电动汽车V2G技术在多能互补系统中的研究及应用

为解决大规模电动汽车单向充电造成的电网冲击和线路负荷过重问题,开展了电动汽车V2G技术在多能互补系统中的应用研究。首先,对比分析了多种典型的多能互补系统拓扑结构的技术优缺点,在基于共交流母线的多能互补系统中应用V2G技术。其次,提出基于虚拟同步机的V2G自主有功-无功控制策略,优化设计虚拟惯量、阻尼系数等关键参数,模拟传统发电机组的机电暂态特性,实现系统自主调压调频,解决光伏发电的间歇性和随机性带来的电网指标波动问题。然后,搭建了典型的多能互补系统,并进行仿真验证。结果表明,基于虚拟同步机的V2G设备能主动跟踪并网点频率、电压变化,及时提供有功、无功功率支撑,有效保障电网运行的稳定性。最后,研制了基于虚拟同步策略的500 kW大功率V2G设备,并在示范项目中成功应用,验证了所提方法的有效性。     

考虑V2G用户响应度的峰谷电价时段优化有序充电

针对电动汽车有序充电实现削峰填谷效果的问题,提出了考虑V2G用户响应度的峰谷分时电价优化有序充电控制策略。通过蒙特卡洛模拟法得到规模化电动汽车的充电负荷,并在此基础上建立了不考虑V2G响应度和考虑V2G响应度的有序充电控制优化模型,其中前者以谷电价时段区间为变量,以配电网负荷曲线方差为目标函数,后者以谷电价时段区间及峰谷时段的电价为变量,以综合考虑电动汽车对配电网负荷曲线方差的影响及用户满意度为目标函数。算例分析表明两种有序充电策略都能有效改善系统运行安全性,但考虑V2G用户响应度的有序充电策略更能反映实际情况。     

弃风参与电网调频的电转气-储气-燃气轮机容量优化配置

电转气(P2G)技术为消纳可再生能源提供了新的途径,然而,投资成本高、经济性较差的问题限制了P2G技术的应用与发展。为实现弃风资源的消纳与P2G经济性的提升,首先提出通过P2G技术用弃风生产天然气,经储气罐存储并通过燃气机组(NGGU)发电参与调频的运行场景,并提出了各装置的协调运行策略。其次,根据上述运行策略,构建了P2G、储气罐、NGGU参与调频过程的成本–收益模型,以最大化净收益为目标实现各装置的容量优化配置。最后,以某风电场实际弃风、某自动发电控制(AGC)机组实际下发指令为参考,利用粒子群优化算法进行规划计算。结果分析了利用风电场弃风与P2G技术在P2G、储气与NGGU容量优化配置下参与电力市场调频辅助服务经济性与可行性。     

基于V2G的双向AC/DC变换器控制技术及电流畸变问题的研究

随着智能电网和电动汽车技术的发展,V2G(vehicle-to-grid)概念受到越来越多的关注,其核心思想在于电动汽车和电网的双向互动,通过调度实现电动汽车的有序充放电,缓和新能源发电接入电网带来的波动,优化电网运行。双向变换器是实现V2G技术的核心装置,其不仅需要实现能量的双向流动,还要能够控制输入输出的电能质量,这便对变换器的控制提出了更高的要求。针对双向变换器的关键控制技术进行了分析、比较,选取了单极性PWM调制和平均电流控制作为本文所提双向变换器的控制策略;同时就单极性调制下电流过零点畸变的问题进行了理论分析,并且提出了一种改进的过零点控制策略。最后通过一个3 k W的双向AC/DC变换器实验平台证实了所提方法的有效性和可行性。