电动汽车与智能电网及分布式能源融合关键技术研究

近年来,电动汽车及其配套充电基础设施对能源消费结构调整和城市环境提升的作用已有所体现。本文研究电动汽车与智能电网及分布式能源融合关键技术,保证相互间高效灵活互动,提高电网运行的灵活性。

1 电动汽车的运行特性

1.1 电动汽车的充放电特性

电动汽车(Electric Vehicle,EV)大致可分为商用车和家用乘用车,由于商用车的行驶特性和停放场所较为固定,本文主要考虑随机性较大的家用乘用车。电动汽车入网后,电网企业可选择对入网的电动汽车的充电行为不控制或采取某种控制策略,即电动汽车的无序充电和有序充电。EV充电负荷的计算时间间隔可以取15min,与风电出力的时间间隔一致,即将全天分成96个时段,电动汽车可通过EV集中控制器与电网交互。

无序充电是指对电动汽车的充电行为不控制,电动汽车在最后一次出行结束后即开始充电。可以根据电动汽车日行驶里程得到电动汽车充电前的电池荷电状态,再通过充电功率求得充电时长,采用概率平均的思想求出各时刻EV充电负荷需求的期望值和方差,本文利用该方法建立单台电动汽车在无序充电时的充电负荷需求模型。当电网中接入N台电动汽车时,可以求出各时刻充电负荷期望值和方差,则可以得到各时刻电动汽车充电负荷需求的概率密度函数。一般当电动汽车并网的数量较多时,需要对电动汽车采用有序充放电技术。

1.2 电动汽车并网对电网的影响

电动汽车并网后,其随机性较大的充放电特性,对于电网的调度具有一定的挑战。由于系统要保持稳定运行,首先需要做到功率实时平衡[1],当大规模的电动汽车同时进行充电时,必然增加了系统的负荷需求,如果无规律充电将进一步加大电网峰谷差,甚至超过电网的承载能力,影响电网运行的可靠性。因此有必要实施有序充电控制策略,保证电网的安全运行。

2 电动汽车与智能电网及分布式能源的融合

智能电网的特点。智能电网可以把最新的信息化、通信、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合,形成一个新型能源系统,实现能源系统的智能化。智能化的能源系统可提高能源效率,减少对环境的影响,提高供电的安全性和可靠性,减少输电网的电能损耗。智能化的电网是对电网未来发展的一种愿景,应用数字信息技术和自动控制技术,实现从发电到用电所有环节信息的双向交流,系统地优化电力的生产、输送和使用。可见,未来计算机技术在智能电网中将具有广阔的应用空间,智能电网的进一步发展也需要依靠计算机技术提供技术支持。

电动汽车与分布式能源的互动。电动汽车和分布式电源在运行特性方面都具有较大的随机性和波动性,如电动汽车和分布式能源能够做到合理有效互动,则能降低电动汽车和分布式能源并网后对电网造成的影响。如在分布式能源出力较大时引导电动汽车进行合理有序充电,则有利于分布式能源的消纳,同时也可以降低电动汽车充电负荷对电网的影响[2]。当分布式能源出力较小时可以通过政策激励措施引导电动汽车进行放电,从而补充分布式能源出力不足的部分,从而达到平滑系统的总负荷曲线的目的,优化系统的运行。

多能协调优化运行。可利用多能协调互补技术优化能源系统的运行。在智能电网中包括了多能能源形式,各种不同的能源形式在运行特性上有所差异,可以利用不同能源形式之间的互补特性,如分布式能源中的风电和光伏的出力互补特性,提高智能电网运行的灵活程度,也有利于系统运行的经济性。

3 能源融合的关键技术分析

3.1 功率平衡及多能互补技术

地区电网一般有水电、光伏、风电、电动汽车充电桩、余热电站、垃圾电厂等多种类型的能源业务,具备利用多能互补技术以提高能源系统效率的条件,以提高系统保持功率实时平衡的能力。风电在不同的地区出力特性有所不同,但大部分地区都是夜间风电大发、白天出力较小,与光伏出力相反,两者之间存在互补性。此外电动汽车是未来的发展趋势,目前在沿海地区和高速路口处已有大量充电桩投入使用,合理引导电动汽车有序充电,也有利电网的运行[3]。充分利用互联网技术,实现源-网-荷-储协调控制。结合智慧能源的特点和实际情况,以需求侧响应为切入点,在区域内引入能源管控一体化技术,实现区域内能源的综合利用和统一管理。

3.2 源网荷互动技术

在智能电网中应保持源网荷之间的高效灵活互动,提高智能电网对分布式能源、电动汽车、微电网、储能等智能化业务的承载能力。源网荷之间要实现灵活高效互动需借助计算机技术、通信技术等,构建灵活的网络通信系统,实时掌握系统的中源网荷等业务信息,从而更好地对智能电网的运行状态进行控制,达到电动汽车和分布式能源融合运行的目的。

3.3 电动汽车有序充放电技术

为降低电动汽车并网后对电网造成的影响,基于用户用车习惯、电网分时电价以及电网负荷,研究有序充电控制策略。利用物联网技术将孤立充电设备与充电云平台互联,通过有序充电单元进行有序充电策略的生成和下发,在电力处于“谷”时充电,在电力处于“峰”时放电,使得电动汽车合理有序充放电,“削峰填谷”,有效降低电网的峰值负荷,保障与电网的友好互动。

3.4 提升分布式电源就地消纳技术

为了提升分布式电源就地消纳能力,可在配电系统中从两个方面加强配电网的建设:一是在市县范围内实施配电自动化,实现配电网的故障自动隔离和自动恢复,提高配电网的供电可靠性。配电自动化系统遵循分层、分布式体系结构的设计思想,即在系统层次上分为调度主站层、变配电站子站层、配电终端设备层。每一层均优先采用分布式的系统结构,配电环网的馈线自动化功能可采用智能分布式与集中式两种方式进行,优先采用智能分布式体系结构,各层次系统设计应具备相应扩展能力。

二是构建主动配电网系统,不仅具备主动控制的功能还具备主动服务的功能。主动配电网支持负荷连续转移,实现负载均衡,提高供电可靠性、配送能力和设备利用率。主动配电网系统具备停电范围分析、停电损失负荷统计、停电信息管理、结合环分析、网络重构等功能。在配电网III区中,通过系统数据集成技术,构建配网III区数据中心,并建立多维度的配电网运行KPI指标体系,实现指标汇总和指标分析,建立系统整体评估的预警机制。同时进一步完善配电系统自愈控制技术,实现配电网风险预防、紧急控制、运行优化和在线仿真决策。通过建设主动配电网系统,能明显提高分布式电源的就地消纳能力。

4 结语

随着智能电网建设的逐步推进,需要采用大量的先进技术,以实现对电网的智能化和信息化控制。未来在电网的发展过程中,信息技术、通信技术和计算机控制技术将会得到广泛的应用,以提高电网对电动汽车、分布式电源的承载能力,保证电网的安全稳定运行。