電力系統(tǒng)導論電動汽車

1、一、電動汽車的分類1、純電動汽車（battery electric vehicle稱bev）,它是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鐮鎘電池、銀氫電池或鋰離子電池）提供動力源的汽車。雖然它已有134年的悠久歷史，但 一直僅限于某些特定范圍內應用，市場較小。主耍原因是由于各種類別的蒂電池，普遍存在 價格高、壽命短、外形尺寸和重罐大、充電時間長等嚴重缺點。典型的純電動汽車結構如圖1 一 1所示，充電系統(tǒng)根據(jù)充電方式的不同安裝在汽車上或 者獨立。動力電池組輸出電能驅動電機,推動車輛行駛，電池的電能通過充電系統(tǒng)進行補充。i j一統(tǒng)t電池組匸電機控制器二驅動電機-變速箱主減速器差速器儀表晝息顯示電池'

2、;管理系統(tǒng)整車舖控制器數(shù)據(jù)米集存儲圖11純電動汽車結構布置圖2、混合動力電動汽車混合動力電動汽車是指車上裝有兩個以上動力源，包括有電機驅動的汽車。車載動 力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機年的發(fā)電機組。這兩種動力源在汽車不同的行駛狀態(tài)下分別工作，或者一起工作，通過這種組合達 到最少的燃汕消耗和尾氣排放，從而實現(xiàn)省汕和壞保的口的?；旌蟿恿﹄妱悠囉袃煞N基木的工作方式，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式。 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)利用發(fā)動機動力發(fā)電，從而帶動電動機驅動車輪。車輪控制器電池繪主減速器2制動踏楓機械連接電動連接并聯(lián)式驅動系統(tǒng)可以單獨使用發(fā)動機或電動機做為動力源,也可以同時使

3、用電動機和發(fā) 動機作為動力源來菠動汽車。1變速箱變速相機械逵接一電功連按后置式幷聯(lián)混合動力客車動力糸統(tǒng)結構簡圖混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是發(fā)動機與電動機以機械能疊加的方式驅動客車，它將發(fā)動機、發(fā) 電機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發(fā)動機輸出到與其相連的行星架，行 星架將一部分轉矩傳送到發(fā)電機，另一部分傳送到電動機并輸岀到驅動軸。此時車輛并不是 串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅動方式的優(yōu)點。廠、丿勿力含成p處h機檢達魅電弋違揍混合動力驅動汽車的優(yōu)點：1）采用小排量的發(fā)動機，降低了燃油消耗；2）可以使發(fā)動機經(jīng)常工作在高效低排放區(qū)，提高了能量轉換效率，降低了排放；3）將

4、制動、下坡時的能量回收到蓄電池屮再次利川，降低了燃汕消耗；4）在繁華市區(qū),可關停內燃機,由電機單獨驅動,實現(xiàn)“零”排放;5）電機和內燃機聯(lián)合驅動提高了車輛動力性，增強了駕駛樂趣；6）利用現(xiàn)有的加汕設施，具有與傳統(tǒng)燃汕汽車相同的續(xù)駛里程。缺點：有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統(tǒng)，結構復雜，技術較難，價格較高。以豐田的混合動力汽車prius為例，該車由燃油發(fā)動機和電池兩種動力，在汽車啟動 和低于24公里時速行駛時，燃汕發(fā)動機并不工作，而是由轎車自帶的電池提供動力，只有 在汽車行駛速度超過24公里/小時的時候，燃油發(fā)動機才開始工作；在汽車突然加速的時候, 電池就會幫助燃油發(fā)動機一起加速；在汽千

5、高速行駛時，電池會為汽車的空調，音響，前大 燈和尾燈等汽車輔助設施提供能量，從而減少燃油發(fā)動機的負荷；而在汽車減速和剎車的時 候，汽車本身為電池進行充電，實現(xiàn)能量的循壞使丿ij,并最人限度地保存和節(jié)約能源。3、燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車是利用氫氣等燃料和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池屮經(jīng) 電化學反應產(chǎn)生的電能，并作為主要動力源驅動的汽車。一般來說，燃料電池是通過電化學反應將化學能轉化為電能，電化學反應所需的還原 劑一般采用氫氣，氧化劑則采用氧氣，因此最早開發(fā)的燃料電池電動汽車多是肓接采用氫燃 料，氫氣的儲存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。燃料電池的工作原理化學能轉化為

6、電能必須具備的條件：（1）又活潑性不同的兩種電極（2）兩電極都浸入電解質溶液（3）正負極、電解質溶液構成閉合回路（4）可以自發(fā)進行氧化還原反應制約因索：氫氣的制備和運輸（制備成本、運輸?shù)陌踩裕?；燃料電池價格昂貴（質了交換 膜成本高120-180美元/平米、電催化劑要用鈉金5克/平米）；基礎設施缺乏（幾乎沒有加 氫站）。2. 2我國電動汽車發(fā)展趨勢混合動力電動車是我國目前可以小批量住產(chǎn)、替代燃汕汽車、減少廢氣排放的較現(xiàn)實的 電動車?；旌蟿恿﹄妱榆嚨陌l(fā)展也依賴丁動力電池的發(fā)展，在未來10年，混合式電動千在 其特定市場范圍內的商業(yè)化生產(chǎn)將持續(xù)增長。從長遠發(fā)展趨勢來看，我國混合動力電動車將有長遠的市

7、場前呆。但是，在口前的高汕價時 期雖然具有更好的燃汕經(jīng)濟性，并且能滿足高排放標準的要求，但是由于其只是對現(xiàn)有汽車 技術的相對改進，所以只能作為一種過渡路線。而純電動汽車和氫燃料電池汽車在使用過程 屮能夠實現(xiàn)零排放，并完全擺脫了對石油資源的依賴，將成為我國電動汽車發(fā)展的最終口標。十五期間，科技部設立電動汽車重大專項支持電動汽車的研究。作為國內汽車科技項目的 一個探索，專項捉出“三縱三橫”研究開發(fā)布局（如圖1 一2所示）。以純電動汽車、混合電動 汽車、燃料電池電動汽車三種整車研究為核心,開展相關研究工作。電血及b ms電機及駆動系豐能酥幼尢0尿 繪初頰sb動機政系、洼夫見、繪p示誰、專和保滬尿趣i

8、saisc£純電和&豐沫爲2.3電動汽車冇很好的社會效益和環(huán)境效益，集中表現(xiàn)在以下兒個方面：污染小(2) 改善能源消耗結構。使用電動車輛対減少石油資源消耗具有舉足輕重的影響(3) 改善電網(wǎng)負荷。利用夜間對電動汽不充電,現(xiàn)有電網(wǎng)容量己經(jīng)能適應若干年電動汽不 發(fā)展的電能需求，不但有利于電動汽車的能量補充地有利于電網(wǎng)的峰谷平衡,有效地降低電 網(wǎng)高峰負荷，相應降低峰谷差，提高電網(wǎng)負荷率,提高發(fā)輸配電設備利用率，(4) 節(jié)約能源。據(jù)測算，將原油提煉成汽、柴油并用于燃油汽車驅動吋，平均能屋利用率僅 為14%左右。電動汽車即使使用燃燒重油發(fā)電的電廠輸出的電，其能量經(jīng)重油提煉、電廠熱 電轉換

9、、電力輸配、電池充電、電機損耗等壞節(jié)，在電機輸出軸也可得到20%左右的能量。 其他發(fā)電方式應用于電動汽車能蜃利用率將更高。2.4純電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢冃前純電動汽車在技術、運行經(jīng)濟、棊礎設施配套、政府政策支持等方面還存在著產(chǎn)業(yè) 化發(fā)展的瓶頸，在轎車領域的發(fā)展還沒有達到預期目的，人部分產(chǎn)品集屮于短途低速、城區(qū)公 共交通及旅游區(qū)交通等特定用途，包括高爾夫球場場地乍、公園游覽車、工廠內的牽引乍等。技術爭議當前的純電動汽車技術還存在不少問題,如蓄電池的使用壽命不長而更換成木高;國產(chǎn)零 部件尚未完全過關，關鍵元器件均需進口;低溫條件下電池超快充電技術未根本解決等。雖然 冃前某些關鍵技術有所突破，但關鍵

10、技術的突破并不意味著市場化的町能性，汽車是一個完整 的、復雜的人系統(tǒng)，純電動汽車更是由計算機控制，對電動機、變速器等零部件的要求很高。 只冇關鍵技術和傳統(tǒng)技術、關鍵部件和傳統(tǒng)配件的全面發(fā)展,才能開發(fā)出先進的、可以市場 化的純電動汽車。(2) 運行經(jīng)濟性純電動汽車不受油價飛漲的影響。但純電動汽車需耍改變整個動力體系,耍花一部分額 外的成木來裝電機、電池，而電機控制系統(tǒng)的成木較高,帶動整車銷儕價格的提高。在這種悄 況下，與同時也在不斷進步的內燃機節(jié)能技術相比，如果沒有政府的政策鼓勵性經(jīng)濟補貼，用 戶選擇購買價格昂貴的純電動汽千并不見得劃算。這也成為純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的瓶頸z-。當然,隨著電池價格下降

11、和純電動汽車產(chǎn)量增大，購買價格會逐漸降低。若將裝配高 性能電池的電動汽車成本降低到目前微型車的水平，則可以大人提高純電動汽車的運行經(jīng)濟 性。(3) 基礎設施裝備純電動汽千商業(yè)化的基礎設施包括充電站網(wǎng)絡、車輛維修服務網(wǎng)絡、多種形式的電池營 銷、服務網(wǎng)絡等。建立一定數(shù)量的公用充電站配備專用電纜及插座等是延長行駛里程、實 現(xiàn)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的關鍵。這里存在一個電力供應問題。目前己有汽車企業(yè)與電網(wǎng)公司探討由電網(wǎng)公司制作標準化 電池，利用波谷電將電蓄到電池，再將電池租給電動汽車用戶、公交公司的方式。國網(wǎng)公司除 了進行純電動汽車電池技術研發(fā)、電動汽車改裝和示范應用之外,還要投資建設充電站，對統(tǒng) 規(guī)范充電站

12、的建設，實現(xiàn)充電機生產(chǎn)和充電接口的標準化，建成公司內部充電網(wǎng)絡,完成社 會用公交車、出租車以及其他社會用車配套的供、充電系統(tǒng)建設。(4) 政府政策支持正因為純電動汽車在技術上、運行經(jīng)濟上、基礎設施上還存在著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，所 以需耍政府相關政策支持，營造市場啟動階段的政策環(huán)境，推動電動汽車的商業(yè)化過程。三、電動汽車充電對電網(wǎng)的影響在政府對電動汽車產(chǎn)業(yè)的人力推動下，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，這也極人 地推動了電動汽車充電站和充電樁的建設，大量電動汽車的隨機充放電行為將為城市電網(wǎng)的 安全穩(wěn)定運行帶來新的挑戰(zhàn)。電動汽車的充電方式以及充電特性的不同會使電動汽不對電網(wǎng) 的影響（對電網(wǎng)負荷平衡、

13、電源容量、電能質量、環(huán)境等方面的彩響）發(fā)生變化。探討了電 動汽車v2g模式在車網(wǎng)通信、削峰填谷、頻率調節(jié)、新能源協(xié)調運行等領域的應用前景， 并展望了含大規(guī)模電動汽車的城市電網(wǎng)動態(tài)運行機制、電動汽年為電網(wǎng)的協(xié)調優(yōu)化經(jīng)濟運 行、v2g多場景發(fā)展等相關領域的下一步研究工作。3.1電動汽車充電設備類型及特性電動汽車充電設備主要包括充電站及其附屬設施，如充電機、充電站監(jiān)護系統(tǒng)、配電室 以及安全防護設施等。電動汽車充電機按安裝方式不同nj分為車載式和非車載式兩種，分別采川相應的充電方 式完成對車載蓄電池充電的功能。車載充電機安裝在電動汽車內部；非車載充電機安裝在電 動汽車外，與交流電網(wǎng)連接，并為電動汽車動

14、力電池提供直流電能。現(xiàn)階段電動汽車充電機根據(jù)各變換環(huán)節(jié)采用的方式不同，主要包括三種方式：（1）不 控整流+斬波器；（2）不控幣流+dc/dc變換器（有高頻變壓器）；（3） pwm整流+dc /dc變換器（有高頻變壓器）°不控整流+斬波器這種型式的充電機屬于早期產(chǎn)品，直流側電壓紋波小、動態(tài)性能好、 工作隔離，但體積人、諧波電流嚴重、變換效率低，不適用于公共電網(wǎng)，可以預計未來應用 范圍冇限；不控整流+dc/dc變換器直流側電壓紋波小、動態(tài)性能好、高頻隔離、體積小、電網(wǎng)側 電流諧波大，變換效率低，將在近期或相當長一段時間內占有市場；pwm整流+dc/dc變換器型充電機由于采用先進電力電子元

15、件及控制策略，對將諧波 電流限制在很低的水平，不需加裝濾波裝置，功率因數(shù)高，變換效率高，對公共電網(wǎng)電能質 量兒乎不構成威脅，但考慮到制造成本、容量限制等多方面的原因，目前此類充電機的廣泛 應用將受到一定的限制。3.2電動汽車充電特性（1）電動汽車充電特性通常包含充電電流、電壓降落及充電時間等兒個方而。電動汽車 電池冇常規(guī)充電、快速充電和機械充電三種充電模式。常規(guī)充電利用電力低谷吋段進行充電（充電主耍在夜間，這既能改善電力負荷曲線，提 高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益，乂能實現(xiàn)環(huán)保的目的），為交流充電，一般辺括恒流充電、恒壓充電和 階段充電三種充電方法，常規(guī)充電效率較高，但充電時間過長。快速充電需利用專門配置的

16、充電機對電動車電池進行充電，其充電時間短，可以大 容雖充電，滿足電動汽車的緊急充電盂求，但充電電流較人，充電效率較低，充電時會對配 電網(wǎng)產(chǎn)生一定的沖擊，同時大電流充電對電池壽命有影響。機械充電直接更換電動汽車的電池組，対更換下來的蒂電池可以利用低谷時段進行充 電，解決了充電時間、蒂存電荷量、續(xù)駛里程長等難題，降低了充電成本?？偨Y：充電系統(tǒng)應向著充電快速化、通用化、智能化、集成化的方向發(fā)展。（2）電動汽車不同類型蓄電池的充電特性有一定的差別。蓄電池通常包括鉛酸蓄電池、 鐮氫電池、鋰電池等。鉛酸蓄電池理論上應按照指數(shù)型的固有充電特性充電，但在技術上有一定的閑難和不 便，在實際充電時一般進行常規(guī)充電

17、，充電電流遠遠小于固有特性的數(shù)值，電池不會產(chǎn)生氣 泡和溫升，但是充電時間較氏。鐮蛍電池充電時，在充電起始階段電池端電壓迅速上升，而在電池接近充滿電時又稍微 有些下降，在充電基本接近尾聲時，電池溫度急劇上升。傑氫電池充電內肌較小，具有較高 的充電效率。鋰電池充電時，在充電初始時刻電池端電壓有比較人的上升率，而隨著充電過程的不斷 進行，電池端電壓逐漸趨于平穩(wěn)。鋰離子電池在智能模式充電方式下充電效率較高，電流接 受能力良好，充電電流在開始吋迅速達到比較大的值，而后幾乎線性下降，直至到達滿充狀 態(tài)。總結：未來在構建電動汽車的精確模型時有必要對電動汽車的充電特性進行研究和改 進，充分考慮電動汽車規(guī)模起始

18、荷電狀態(tài)、充電功率、充電時間、動力電池容量等多種因素, 建立更準確反映真實應用場景的模型。3.3電動汽車放電特性電動汽車并入電網(wǎng)不僅可以充電還可以放電，在滿足行駛需求的前提卜-將多余電能回饋 給電網(wǎng)。不同類型的電池具有不同的放電特性。鉛酸蓄電池在使用時，無論是大電流的放電或小電流的放電都會對鉛酸蓄電池造成損 害；人電流放電易造成正活性物質脫落，而當蓄電池進行小電流放電時，容易使得蓄電池的 放電終止電壓過高，從而造成過電，因此應控制蕃電池的放電電流在適當?shù)姆秶鷥?。碌氫電池具有較高的放電效率，在放電起始階段其端電壓下降緩慢，在電池電量接近放 盡時，端電壓才開始人幅度地下降，在放電過程中溫度對電池的

19、彩響不人。電動汽車鋰離子動力電池恒流放電時，在放電初始階段電池工作電壓下降迅速，而后進 入線形下降區(qū)：在放電接近終止時，電池工作電壓又開始急劇下降。鋰離子動力電池的工作 電壓變化與放電深度存在著密切關系?？偨Y：電動汽車的放電時間是一個非常重耍的放電特性，電力調度部門對電動汽車的放 電時間進行統(tǒng)一調度非常重要，電網(wǎng)和用戶之間應建立能最需求信息的通信通道。3.4電動汽車充電對電網(wǎng)運行的影響隨著電動汽車和充電站數(shù)量的快速增加，電動汽車將成為電網(wǎng)未來一種新型的垂要負 荷，考慮到人量電動汽車充電行為的隨機性，電動汽車接入電網(wǎng)充電對電網(wǎng)的影響問題逐步 凸顯，如對負荷平衡、電源容量、電能質量、環(huán)境等方而都會

20、產(chǎn)生影響，因此在電動汽車推 廣過程中必須深入研究電動汽車充電對電網(wǎng)的影響問題。3.4.1負荷平衡電動汽車技術逐漸成熟并大范圍普及時，其應用可能會導致配電網(wǎng)絡局部負荷變人，如 果不加控制的將人量電動汽車接入電網(wǎng)，配電網(wǎng)可能會過負荷，因此電動汽車接入電網(wǎng)必須 考慮對配網(wǎng)負荷平衡的影響。文獻表明，插入式混合電動汽車并網(wǎng)充電為配電網(wǎng)增加了新的負載，該文采用比較 簡單的分析模型（5個家庭負荷、2輛電動汽車和一條饋線），在電池充/放電特點基礎上 建立了電動汽車負載特性曲線，研究了多個充電場景下應用智能充電技術對電網(wǎng)負荷平衡的 影響。結果表明，對于電動汽車充電給電網(wǎng)增加的負荷，可通過高級計暈架構等先進的智能

21、 技術進行管理。文獻17以實時電價為背景，提出了基于需求側響應思想的插電式混合動力汽車集中充 電機制，計及供電側填谷效果與川戶成木，建立數(shù)學模型，并根據(jù)模型特點提出了一種基于 動態(tài)估計插值思想的算法，基于某地區(qū)2020年的預測數(shù)據(jù)進行算例仿真，結果表明文小提 出的兒種充電策略可以冇效地降低峰谷差，節(jié)約用戶充電成本。文獻18在考慮電網(wǎng)約束的情況下，提出了在低壓配電網(wǎng)約束下規(guī)劃電動汽車充電的優(yōu) 化方案，并使用ibm ilog cplex優(yōu)化軟件包計算了每個電動汽車的個體充電計劃，仿真 結果表明，使用改方案可以大大減少配電網(wǎng)的過負荷，同時減小了電力成本，避免了配電網(wǎng) 擁塞問題。3.4.2電源容量規(guī)劃

22、電動汽車接入電網(wǎng)后造成的負荷增長也將增加發(fā)、輸、配電系統(tǒng)的壓力，這時電力公司 的電力裝機容量與電力輸送設備，也必須隨之調整，以應對大量電動汽車在負荷高峰時段充 電的惜況。因此電動汽車入網(wǎng)也會對現(xiàn)有的電源裝機提出更高的要求，對電網(wǎng)現(xiàn)有的承受能 力具冇新的挑戰(zhàn)。文獻19對美國艾達縣接入插入式混合電動汽車后的負荷情況進行了預測，預測結果是 2040年負荷增長18%,從而使得它的線電壓將低于額定電壓的96%,這種負荷變化也對 現(xiàn)有的電源裝機、輸電網(wǎng)調度運行等方面提出了更高的耍求。文獻20研究了混合電動汽車 在不同普及水平下對電源擴容的影響，采用hems （家庭能源管理系統(tǒng)）工具對電動汽車普 及水平很高

23、時的四種充電方案統(tǒng)一充電、家庭式充電、非高峰期充電、基于v2g技術 的充電進行考察，結果表明所冇的充電方案都要求電源容量進一步增人。文獻21分析了加拿大安大略省電網(wǎng)在非峰荷時期承叉混合電動汽車接入的潛力，在安 大略省傳輸網(wǎng)絡的簡化模型和2009年到2025年基礎負荷簡化規(guī)劃基礎上，建立了一個多 區(qū)間最優(yōu)肓流潮流模型以找到電動汽車接入安人略省網(wǎng)絡的最優(yōu)方式。結果表明，安人略省 電力網(wǎng)絡最宜承擔安大略省全部電動車輛的6%,或到2025年承擔多倫多部分電動車的 12.5%；在不超過當前計劃的額外傳輸或電力生產(chǎn)投資情況下，接近于500 000輛電動汽 車可以接入電網(wǎng)充電。文獻15研究了整個美國電網(wǎng)對電

24、動汽車充電的承受能力，分24 h均可充電和12 h nj 充電2個場景進行分析。結果表明，美國現(xiàn)有電網(wǎng)最多可以承受73%的電動汽車負荷所需。 3.4.3電能質量電動汽車的接入使用增加了相應的充電設備，其屮也包括大量高度非線性的電力電子裝 置，當充電機對電動汽車充電時，直流電流在交流三相z間不斷地換相時會產(chǎn)生諧波，進而 對配電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質量產(chǎn)牛影響，如功率損耗、電壓偏差、頻率等。文獻25展示了電動汽車電池的充電率對電壓屬性、基波和諧波損耗、變壓辭負載和總 諧波畸變率的影響，分析結果表明在較低的電動汽車接入標準下，電動汽車采用常規(guī)充電率 進行充電會產(chǎn)生低諧波和電壓偏差以及較少的損耗，釆用快速充電

25、率進行充電會產(chǎn)生很大的 電壓諧波、損耗和變壓器過負荷；在較高的電動汽車接入標準下，電動汽車充電會造成嚴重 的電壓諧波、偏差、電能損失和變壓器過負荷。3.4.4環(huán)境影響電動汽車接入電網(wǎng)充電也會影響電網(wǎng)及城市的環(huán)境。文獻26表明，通過在加拿大新斯科舍省推廣應用電動汽車，不僅可以增強電網(wǎng)的可靠 性，還能夠減少有害氣體的排放，同時可以促進該城市的町再生能源的應用。文獻27指出，插入式電動汽車相對于傳統(tǒng)汽車在環(huán)境和能量安全方而有優(yōu)勢，但隨著 電動汽車的大雖接入，電動汽車入網(wǎng)也會對電網(wǎng)產(chǎn)生一系列的挑戰(zhàn)，如增加電網(wǎng)投資、能量 損失等。文獻28使用了衙萄牙一個居民區(qū)的典型電力配電網(wǎng)來研究集成水平不同的純電動汽

26、 車和混合電動汽車對電網(wǎng)和污染物排放的影響。通過應川車輛全壽命周期分析，評估了電動汽車的污染物排放雖，結果表明電動汽車相對于傳統(tǒng)汽車能夠減少77%的hc、co、nox和 pm的排放，以及40%的co2的排放，在環(huán)境彩響上要優(yōu)于傳統(tǒng)汽車。3.5電動汽年放電對電網(wǎng)的影響理想情況下，電力系統(tǒng)的用電最應該和風能、太陽能以及常規(guī)電廠發(fā)出的電能精確匹配。 但由于預測誤差和可再生能源發(fā)電的間歇性，經(jīng)常出現(xiàn)電能的供需不平衡，而電動汽車執(zhí)行 適當?shù)某浞烹姴呗詎j以幫助實現(xiàn)上述平衡。未來nj結合電力負荷的特點，發(fā)揮電動汽年的充 放電服務優(yōu)勢，讓電動汽乍在電網(wǎng)負荷低谷時充電，在合適的時候根據(jù)統(tǒng)一管理的需要將電 能回

27、饋電網(wǎng)，實現(xiàn)可移動能量儲存單元與配電網(wǎng)的電能雙向交換，即v2g模式，這對于擴 人電力終端用電市場，降低需求側峰谷差，提高電力供需平衡和電力設備負荷效率，具有重 要的意義。3.5.1電動汽車與電網(wǎng)的連接與通信電動汽車的充放電控制裝置既有與電網(wǎng)的交互，乂有與車輛的交互，交互的內容包扌舌能 量轉換信息、客戶需求信息、電網(wǎng)狀態(tài)、車輛信息、計量計費信息等。電動汽車接入電網(wǎng)放電必須滿足三個條件：1）電動汽車必須能夠接入電網(wǎng)；2）必須建立和電網(wǎng)之間的通信與控制途徑；3）汽車上必須有精確在線測量電池狀態(tài)信息的儀表文獻32討論了電動汽車到電網(wǎng)的互聯(lián)，概述了 iso/iec標準下的v2g接口及電流 不間斷運行情況

28、，同時給出了 一個與智能電網(wǎng)互聯(lián)的接口方案。電網(wǎng)少電動汽一車的聯(lián)系通常有三種形式：電網(wǎng)直接聯(lián)系每輛電動汽車、通過一個監(jiān)控中 心（比如停車場）來聯(lián)系電動汽車、通過笫三方監(jiān)管者來與每輛電動汽車聯(lián)系。電動汽車 與電網(wǎng)z間的聯(lián)接關系如圖1所示。nj 八 vairii充屯機迪什i控制器小型斷路器（mub ） |訕臺（rccb ）儀表電測i開關電勁乍供心設備電動汽車用戶*電力供應市*能源零侶冏 i乜刀尙求側j聳冋!.系統(tǒng)乍制造尚1so/ihc 151 1 x電勸沙乜網(wǎng)之冋的迪佇接i】圖1電動汽車與電網(wǎng)之間的聯(lián)接關系電動汽車與電網(wǎng)z間的通信是v2g的重要組成。iso/iec的v2g通信接口工作小組 一肓致力

29、于制定v2g的通信規(guī)范。消息是v2g通信接口屮的重要一環(huán)，iso/iec 15118-2 草案中定義了消息的結構和消息的模式。文獻33指出，w3c xml格式常用來描述消息的格式。v2g的消息結構一般包括三 個部分：v2g息、消息頭和消息體。v2g_消息把xml文檔看作是v2g消息，消息頭 和消息體都嵌入在v2g_消息中。消息頭僅概述了 v2g的大體情況，包括標識符、協(xié)議版 本號、安全信息等，并不涉及v2g消息的具體內容。消息體中描述了具體的通信內容，即 電動汽車側的請求和電網(wǎng)側的響應，包括可用的服務、授權、充放電參數(shù)和收費信息、線路 鎖定、電能傳輸、電能測量狀態(tài)、電能傳輸停止、線路解鎖等。3

30、.5.2 v2g在電網(wǎng)削峰填谷中的應用電動汽車的普及程度增加后,對于人部分的電動汽車來說，具有較長的停車不使用時間, 因此v2g在電網(wǎng)削峰填谷方面有著很大的利用價值。文獻34-36針對電動汽不并網(wǎng)與電網(wǎng)的功率互換問題進行了研究，指出電動汽車在電網(wǎng) 非高峰負載期充電，在高峰負載期放電，可以起到削峰填谷的作用。從負荷平衡角度來看, 電動汽車充放電引起的電網(wǎng)負荷變化對發(fā)電規(guī)劃及調度具有重要的影響。文獻37指出，每個汽車的回饋能力有限，如何通過一種整合手段対并網(wǎng)進行集屮調度 非常必要，文獻對德國市場運用分類整合的策略進行控制，并通過蒙特卡洛方法對這種控制 策略進行了驗證，結果表明這種控制手段是可靠、高

31、效和高收益的。該文所建模型考慮了公 共交通時段、行程距離、平均行車能錄消耗、電動汽車的電池容量和徳國管理市場的二次調 節(jié)手段等因素，數(shù)據(jù)可信度較高。3.5.3 v2g在電力系統(tǒng)頻率調節(jié)中的應用電網(wǎng)運行管理的一個重耍方面就是利用電能儲備進行電壓和頻率調節(jié)，從而有效避免功 率不平衡或阻塞問題。電動汽車能夠接入電網(wǎng)充放電，因此可用來調整系統(tǒng)中能量的不平衡, 保持頻率穩(wěn)定。文獻38探討了由風電作為主要電源構成的川麥某小島加入電動汽車支持后系統(tǒng)配電 網(wǎng)的動態(tài)頻率響應。仿真結果表明，電動汽車入網(wǎng)可以被視為今后電力系統(tǒng)調頻的一種靈活 的解決方案。文獻39通過兩地區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的負荷頻率控制仿真來定量計算分布式電

32、源并網(wǎng)對電力 系統(tǒng)的影響。結果表明，電動汽車可以作為智能儲能裝置接入未來的低碳電力系統(tǒng)，以改善 可再生電源引發(fā)的頻率波動。文獻40指出，歐洲電網(wǎng)主要利用備用容量不斷自動進行頻率調節(jié)以避免停電事故，保 持電網(wǎng)穩(wěn)定。當電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，系統(tǒng)中有備用容量時，發(fā)電機組的調速系統(tǒng)口發(fā)調整機 組負荷。由于一次調頻只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度，為了恢復電網(wǎng)頻率，有時候需根據(jù)電 網(wǎng)頻率高低進行頻率的二次調節(jié)，當頻率低于50 hz時，電池放電，頻率高于50 hz時， 電池充電。電池的充放電能量可用來調整系統(tǒng)屮能量的不平衡，保持頻率穩(wěn)定。用于頻率三 次調節(jié)的能量冇三次儲備和上升儲備。這些儲能主要在頻率偏差較大或發(fā)生

33、輸電阻塞時進行 三次調節(jié)，與一次、二次相比，三次調節(jié)為“人工”調頻而且一年屮只需進行兒次。目前電 動汽車具體以怎樣的形式參與電力系統(tǒng)調頻尚沒有定論，文獻41認為利用電動汽車的儲能對頻率進行三次調節(jié)，會因所盂能量過多使得汽車并 網(wǎng)吋間過長，而電動汽車參少三次調頻整個過程理論上不應超過15 min,所以從技術角度 看，應重點關注電動汽車的一次和二次調節(jié)作用。文獻42建立了一個用于電動汽車接入電網(wǎng)頻率調節(jié)的聚合裝置，在重點考慮電池的存 儲容量基礎上，討論了該聚合裝置設計的注意事項和電池的能源約束問題，利用動態(tài)規(guī)劃算 法計算得到對每個充電汽車的最優(yōu)充電控制方案,最后仿真驗證了考慮參數(shù)不確定性的充電 控

34、制策略的最優(yōu)性，并指出這種控制方案不僅可以用于頻率調節(jié)上，對其進行修改還可以應 用于v2g其他的應用上。3.5.4 v2g與間歇式新能源協(xié)調運行電動汽車接入電網(wǎng)使得電動汽車可以作為一個可控的負載和儲能裝査，使得隨機波動的 發(fā)電單元如風電、太陽能等可再生能源有更高的功率波動范圍，為減少電源波動和負載波動 提供電源支撐。鑒于電動汽車放電可以作為電力平衡后備容量，文獻48通過一個簡單的負荷頻率控制 模型仿真得出v2g的調節(jié)容雖，用兩個典型li的高、低風機出力分析丹麥西部電力系統(tǒng)的 調節(jié)功能。結果表明，裝設具有快速調節(jié)特性的電動汽車儲能后，丹麥西部和輸電協(xié)調聯(lián)盟 (upte)控制的區(qū)域之間的功率偏差明

35、顯減小，傳統(tǒng)發(fā)電機対調節(jié)功率的需求也大大減少。 另外，v2g也有利于減少電力系統(tǒng)運行的輸電阻塞、電力平衡偏差等。文獻49給出了一個與電網(wǎng)互聯(lián)的小型分布式電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)由光伏電源、插入式混 合電動汽車和不同的當?shù)刎摵蓸嫵伞８鞣N分布式電源由功率集小器連接于住戶負荷與電網(wǎng)z 間，此系統(tǒng)將插入式混合電動汽布應用到居民側，當公用電網(wǎng)故障或杲常時，可以將用戶的 用電從公用電網(wǎng)中隔離出來，進入孤網(wǎng)運行模式，也可以同步連接到電網(wǎng)而不影響負荷功率 的供電。該文指出，v2g雖然在負荷調節(jié)和峰值調節(jié)上遜色于一般型發(fā)電機，但是具在備 用和調節(jié)上有很人前景。實際裝置的試驗結果表明，聯(lián)網(wǎng)時其快速平穩(wěn)的響應能夠很好地起 到熱備用作用，可以從隔離方式轉換到與電網(wǎng)同步互聯(lián)，轉換結束時的相位角差較小。 四、下一步研究展望從電力發(fā)展趨勢來看，未來電網(wǎng)將向分布式發(fā)電、交互式供電的分散智能電網(wǎng)過渡，這 將促進可再住能源發(fā)電的應用，也對壞境保護、分布式儲能設施等都提出了更高的要求。電 動汽車與電網(wǎng)之間的互動是下-步智能電網(wǎng)發(fā)展的重要方向，也是電力電子、通信、調度和 計雖、盂求側管理等眾多技術的高端綜合應用，體現(xiàn)了車輛和電網(wǎng)z間能量雙向、實時、可 控的流動，未來的一些研究方向可能包括以下幾項。(1) 含大規(guī)模電動汽車的城市電網(wǎng)動態(tài)運行機制隨著大容量電池技術、電動汽車技術的發(fā)展和成本的降低，電動汽年的