電動汽車與智能電網及分布式能源融合關鍵技術研究

南京能瑞電力科技有限公司 余 靜

近年來，電動汽車及其配套充電基礎設施對能源消費結構調整和城市環境提升的作用已有所體現。本文研究電動汽車與智能電網及分布式能源融合關鍵技術，保證相互間高效靈活互動，提高電網運行的靈活性。

1 電動汽車的運行特性

1.1 電動汽車的充放電特性

電動汽車(Electric Vehicle,EV)大致可分為商用車和家用乘用車，由于商用車的行駛特性和停放場所較為固定，本文主要考慮隨機性較大的家用乘用車。電動汽車入網后，電網企業可選擇對入網的電動汽車的充電行為不控制或采取某種控制策略，即電動汽車的無序充電和有序充電。EV充電負荷的計算時間間隔可以取15min，與風電出力的時間間隔一致，即將全天分成96個時段，電動汽車可通過EV集中控制器與電網交互。

無序充電是指對電動汽車的充電行為不控制，電動汽車在最后一次出行結束后即開始充電。可以根據電動汽車日行駛里程得到電動汽車充電前的電池荷電狀態，再通過充電功率求得充電時長，采用概率平均的思想求出各時刻EV充電負荷需求的期望值和方差，本文利用該方法建立單臺電動汽車在無序充電時的充電負荷需求模型。當電網中接入N臺電動汽車時，可以求出各時刻充電負荷期望值和方差，則可以得到各時刻電動汽車充電負荷需求的概率密度函數。一般當電動汽車并網的數量較多時，需要對電動汽車采用有序充放電技術。

1.2 電動汽車并網對電網的影響

電動汽車并網后，其隨機性較大的充放電特性，對于電網的調度具有一定的挑戰。由于系統要保持穩定運行，首先需要做到功率實時平衡[1]，當大規模的電動汽車同時進行充電時，必然增加了系統的負荷需求，如果無規律充電將進一步加大電網峰谷差，甚至超過電網的承載能力，影響電網運行的可靠性。因此有必要實施有序充電控制策略，保證電網的安全運行。

2 電動汽車與智能電網及分布式能源的融合

智能電網的特點。智能電網可以把最新的信息化、通信、計算機控制技術和原有的輸、配電基礎設施高度結合，形成一個新型能源系統，實現能源系統的智能化。智能化的能源系統可提高能源效率，減少對環境的影響，提高供電的安全性和可靠性，減少輸電網的電能損耗。智能化的電網是對電網未來發展的一種愿景，應用數字信息技術和自動控制技術，實現從發電到用電所有環節信息的雙向交流，系統地優化電力的生產、輸送和使用。可見，未來計算機技術在智能電網中將具有廣闊的應用空間，智能電網的進一步發展也需要依靠計算機技術提供技術支持。

電動汽車與分布式能源的互動。電動汽車和分布式電源在運行特性方面都具有較大的隨機性和波動性，如電動汽車和分布式能源能夠做到合理有效互動，則能降低電動汽車和分布式能源并網后對電網造成的影響。如在分布式能源出力較大時引導電動汽車進行合理有序充電，則有利于分布式能源的消納，同時也可以降低電動汽車充電負荷對電網的影響[2]。當分布式能源出力較小時可以通過政策激勵措施引導電動汽車進行放電，從而補充分布式能源出力不足的部分，從而達到平滑系統的總負荷曲線的目的，優化系統的運行。

多能協調優化運行。可利用多能協調互補技術優化能源系統的運行。在智能電網中包括了多能能源形式，各種不同的能源形式在運行特性上有所差異，可以利用不同能源形式之間的互補特性，如分布式能源中的風電和光伏的出力互補特性，提高智能電網運行的靈活程度，也有利于系統運行的經濟性。

3 能源融合的關鍵技術分析

3.1 功率平衡及多能互補技術

地區電網一般有水電、光伏、風電、電動汽車充電樁、余熱電站、垃圾電廠等多種類型的能源業務，具備利用多能互補技術以提高能源系統效率的條件，以提高系統保持功率實時平衡的能力。風電在不同的地區出力特性有所不同，但大部分地區都是夜間風電大發、白天出力較小，與光伏出力相反，兩者之間存在互補性。此外電動汽車是未來的發展趨勢，目前在沿海地區和高速路口處已有大量充電樁投入使用，合理引導電動汽車有序充電，也有利電網的運行[3]。充分利用互聯網技術，實現源-網-荷-儲協調控制。結合智慧能源的特點和實際情況，以需求側響應為切入點，在區域內引入能源管控一體化技術，實現區域內能源的綜合利用和統一管理。

3.2 源網荷互動技術

在智能電網中應保持源網荷之間的高效靈活互動，提高智能電網對分布式能源、電動汽車、微電網、儲能等智能化業務的承載能力。源網荷之間要實現靈活高效互動需借助計算機技術、通信技術等，構建靈活的網絡通信系統，實時掌握系統的中源網荷等業務信息，從而更好地對智能電網的運行狀態進行控制，達到電動汽車和分布式能源融合運行的目的。

3.3 電動汽車有序充放電技術

為降低電動汽車并網后對電網造成的影響，基于用戶用車習慣、電網分時電價以及電網負荷，研究有序充電控制策略。利用物聯網技術將孤立充電設備與充電云平臺互聯，通過有序充電單元進行有序充電策略的生成和下發，在電力處于“谷”時充電，在電力處于“峰”時放電，使得電動汽車合理有序充放電，“削峰填谷”，有效降低電網的峰值負荷，保障與電網的友好互動。

3.4 提升分布式電源就地消納技術

為了提升分布式電源就地消納能力，可在配電系統中從兩個方面加強配電網的建設：一是在市縣范圍內實施配電自動化，實現配電網的故障自動隔離和自動恢復，提高配電網的供電可靠性。配電自動化系統遵循分層、分布式體系結構的設計思想，即在系統層次上分為調度主站層、變配電站子站層、配電終端設備層。每一層均優先采用分布式的系統結構，配電環網的饋線自動化功能可采用智能分布式與集中式兩種方式進行，優先采用智能分布式體系結構，各層次系統設計應具備相應擴展能力。

二是構建主動配電網系統，不僅具備主動控制的功能還具備主動服務的功能。主動配電網支持負荷連續轉移，實現負載均衡，提高供電可靠性、配送能力和設備利用率。主動配電網系統具備停電范圍分析、停電損失負荷統計、停電信息管理、結合環分析、網絡重構等功能。在配電網III區中，通過系統數據集成技術，構建配網III區數據中心，并建立多維度的配電網運行KPI指標體系，實現指標匯總和指標分析，建立系統整體評估的預警機制。同時進一步完善配電系統自愈控制技術，實現配電網風險預防、緊急控制、運行優化和在線仿真決策。通過建設主動配電網系統，能明顯提高分布式電源的就地消納能力。

4 結語

隨著智能電網建設的逐步推進，需要采用大量的先進技術，以實現對電網的智能化和信息化控制。未來在電網的發展過程中，信息技術、通信技術和計算機控制技術將會得到廣泛的應用，以提高電網對電動汽車、分布式電源的承載能力，保證電網的安全穩定運行。