智能電網(wǎng)與電動汽車雙向互動技術(shù)綜述

1、供用電第27卷第3期2010年6月智能電網(wǎng)與電動汽車雙向互動技術(shù)綜述李瑾1,杜成剛2,張華1(1.上海久隆電力科技有限公司,上海200070;2.上海市電力公司技術(shù)與管理學(xué)院,上海200025摘要:車輛到電網(wǎng)(V2G技術(shù)實現(xiàn)了電網(wǎng)與電動汽車的雙向互動,是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分。從V2G技術(shù)的概念出發(fā),分析了V2G技術(shù)的工作原理、充放電業(yè)務(wù)流程,指出了要發(fā)展和推廣V2G技術(shù),電動汽車企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定方面加強研究和合作。最后闡述了V2G相關(guān)技術(shù)國外研究應(yīng)用現(xiàn)狀、V2G技術(shù)對電動汽車產(chǎn)業(yè)、智能電網(wǎng)的重要意義。關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);車輛到電網(wǎng)(V2G;電動汽車;新能源中圖分類號:TM76

2、文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-6357(201002-3Summary on the Tw o2w ay Interaction betw een Smart G rid and the Electric V ehicleL I J in1,DU Cheng gang2,Z HA N G H ua1(1.Shanghai Jiulong Electric Power Science&Technology Co.,Ltd,Shanghai200070,Shanghai China;2.Technology and Management College of the Shanghai

3、Municipal Electric Power Company,Shanghai200025,Shanghai ChinaAbstract:Vehicle2to2grid(V2Gtechnology which achieves the two2way interaction between Smart Grid and the electric vehicle is an important component of Smart Grid.Starting f rom the conception of V2G technology, its working principle,charg

4、ing and discharging process are analyzed.In order to develop and promote V2G technology,electric vehicle enterprises and the grid companies should enhance research and cooperation on the relevant standards and criteria.In the end,the current applications of V2G in the foreign countries are presen2 t

5、ed,together with the importance of the V2G technology to electric vehicle industry and the Smart Grid.K ey w ords:Smart Grid;Vehicle2to2grid(V2G;electric vehicle;new energy按照國家新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,2010年到2015年是電動汽車產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模推廣應(yīng)用關(guān)鍵的五年。相關(guān)研究表明,2016年是電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的拐點,電動汽車發(fā)展進入高速成長期。預(yù)計到2020年,上海市電動汽車市場規(guī)模預(yù)計可達(dá)約35萬輛(按市場滲透率15%

6、計算。大量的車輛充電將帶來新一輪的用電負(fù)荷快速增長,以每輛車配置12kWh計算,這些電動汽車日充電所用電量約為336萬kWh(按0.8同時率計算,這對用電負(fù)荷峰谷差日益加大的電力系統(tǒng)而言,增加了發(fā)電、輸電、配電的壓力。如何推動電動汽車的發(fā)展同時又能滿足日益增長的電動汽車的用電需求,如何利用電動汽車作為移動式分布儲能單元來縮小日益增長的電力峰谷負(fù)荷差,以提高輸配電設(shè)備負(fù)荷利用率和減緩新發(fā)電廠建設(shè),本文提出了可實現(xiàn)電網(wǎng)和電動汽車互動的車輛到電網(wǎng)(Vehicle2to2Grid,V2G技術(shù)來解決上述問題。1V2G技術(shù)的概念介紹V2G技術(shù)描述的是一種新型電網(wǎng)技術(shù),電動汽車不僅作為電力消費體,同時,在電

7、動汽車閑置時可作為綠色可再生能源為電網(wǎng)提供電力,實現(xiàn)在受控狀態(tài)下電動汽車的能量與電網(wǎng)之間的雙向互動和交換。V2G技術(shù)體現(xiàn)的是能量雙向、實時、可控、高速地在車輛和電網(wǎng)之間流動,充放電控制裝置既有與電網(wǎng)的交互,又有與車輛的交互,交互的內(nèi)容包括能量轉(zhuǎn)換、客戶需求信息、電網(wǎng)狀態(tài)、車輛信息、計量計費信息等。因此,V2G技術(shù)是融合了電力電子技術(shù)、通信技術(shù)、調(diào)度和計量技術(shù)、需求側(cè)管理等的高端綜合應(yīng)用,V2G技術(shù)的實現(xiàn)將使電網(wǎng)技術(shù)向更加智能化的方向發(fā)展,也將使電動汽車技術(shù)的發(fā)展獲得新突破。21李瑾,等:智能電網(wǎng)與電動汽車雙向互動技術(shù)綜述2V 2G 技術(shù)的工作原理 V2G 技術(shù)是一項較為前瞻的科技,從結(jié)構(gòu)框架上

8、大致分為4個層面:電網(wǎng)層、站控層(本地監(jiān)控層、智能充放電裝置層和車輛層,涉及電力電子、通信、調(diào)度、計量和需求側(cè)管理等多方面的技術(shù)。V2G 技術(shù)的系統(tǒng)原理框圖見圖1。V2G 技術(shù)的系統(tǒng)工作原理如下。1實現(xiàn)電能在電網(wǎng)和車輛之間雙向流動的雙向智能控制裝置與參與V2G 技術(shù)的車輛連接后,將連接車輛可充放電的實時容量、充電狀態(tài)(SOC 等受控信息提供給后臺管理系統(tǒng)。2后臺管理系統(tǒng)采集、統(tǒng)計、計算所管轄范圍內(nèi)所有車輛可充放電的實時容量、受控時間等信息,實時提供給電網(wǎng)安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA 系統(tǒng)。3后臺管理系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)SCADA 系統(tǒng)的調(diào)度指令,下發(fā)充放電指令,對所管轄范圍內(nèi)雙向智能控制裝置進行充放

9、電控制管理并反饋相關(guān)信息。4雙向智能控制裝置執(zhí)行后臺管理系統(tǒng)指令,對連接車輛進行充放電操作。 圖1V2G 技術(shù)的系統(tǒng)原理框圖3V 2G 技術(shù)的充放電業(yè)務(wù)流程V2G 技術(shù)的充放電業(yè)務(wù)流程設(shè)計如圖2所示。在V2G 技術(shù)的充放電業(yè)務(wù)流程中,當(dāng)工作模式啟動后,能量管理系統(tǒng)讀取電池狀態(tài)信息和受控條件,匯總轄區(qū)車輛可充放電的容量信息,根據(jù)既定的充放電策略和電網(wǎng)負(fù)荷信息,下發(fā)充放電指令,并監(jiān)測車輛電池的充放電狀態(tài)信息,實時計算、儲存和轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù),運行結(jié)束后停機核算賬單。圖2V2G 技術(shù)的充放電業(yè)務(wù)流程圖4V 2G 技術(shù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制定情況V2G 技術(shù)作為智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分,屬于新生事物、新型技術(shù),其相

10、應(yīng)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)的制定尤其重要。在電動車輛研討會“EVS24”上,國際電工委員會(IEC 、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO 、美國機動工程師協(xié)會(SA E 分別就電動汽車充電系統(tǒng)與車輛設(shè)施連接、車載電池標(biāo)準(zhǔn)化進行了討論。相關(guān)國際組織已對有關(guān)電動汽車和智能電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,開展了大量工作,主要包括以下內(nèi)容。1電氣接口:包括連接器、電纜、插座、電源開關(guān)等,需統(tǒng)一規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。2通信接口:通過電力線載波通信(PL C 設(shè)備或其他通信設(shè)備連接車輛和充電設(shè)施,進行信息交換,需統(tǒng)一規(guī)格和通信協(xié)議。V2G 技術(shù)是連接車輛和電網(wǎng)的橋梁,汽車企業(yè)和電力企業(yè)只有在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的研究和制定方面加強合作,形成規(guī)范的體系,才可使電動

11、汽車和智能電網(wǎng)獲得廣泛發(fā)展。5國外V 2G 技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀智能電網(wǎng)相關(guān)工作啟動以來,V2G 技術(shù)正日益受到各方關(guān)注。目前只有少數(shù)機構(gòu)涉足此領(lǐng)域,相關(guān)研究與示范大多都在美國,具有代表性的就是美國特立華大學(xué)的Willlett Kempton 教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊,在2007年10月,成功將一輛電動汽車接入電網(wǎng)并接受調(diào)度命令,車輛作為調(diào)峰發(fā)電設(shè)備,每車每年可為電力公司帶來4000美元的效益。其他研究機構(gòu)與示范包括:美國國家可再生能源實驗室(Warwick 大學(xué);美國太平洋電力公司P G &E ,31李瑾,等:智能電網(wǎng)與電動汽車雙向互動技術(shù)綜述一定數(shù)量的豐田普銳斯P H EV在GOO G L E

12、園區(qū)示范;Xcel Energy,6輛福特Escape示范;G oogle Recharge IT項目,2008年4月G oogle宣布投資1000萬美元開發(fā)混合動力汽車和電動汽車,并展開V2G技術(shù)研究,把電動汽車的電能輸回到電網(wǎng)上。據(jù)2009年6月的英國衛(wèi)報報道:丹麥政府、丹麥能源協(xié)會、丹麥Dong公司和德國西門子公司正在丹麥一座島嶼上試驗利用電動汽車電池儲存風(fēng)電,這個被稱為“利用可持續(xù)能源與開放式網(wǎng)絡(luò)的分布式以及一體化市場中的電動汽車”(英文縮寫為Edison的項目中,利用V2G技術(shù)在風(fēng)力強勁時,使用停放的電動汽車上的電池來存儲多余的電力;當(dāng)無風(fēng)時,電池可將電力回饋到電網(wǎng),因此允許建設(shè)更多

13、的風(fēng)力渦輪機,可為該島嶼提供高達(dá)50%的電力,而且不會讓電網(wǎng)崩潰。在該項目中有4萬居民被招募參加試驗,這是迄今為止V2G技術(shù)最大規(guī)模的示范化應(yīng)用。6發(fā)展V2G技術(shù)的重要意義1V2G技術(shù)實現(xiàn)了電網(wǎng)與車輛的雙向互動,是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分。V2G技術(shù)的發(fā)展將極大地影響未來電動汽車商業(yè)運行模式。研究表明:與智能車輛和智能電網(wǎng)同步進展,可外接插電式混合電動車(P H EV和純電動汽車(EV將在20a之內(nèi)成為配電系統(tǒng)本身不可分割的一部分,提供儲能,平衡需求,緊急供電和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。90%以上的乘用車輛平均每天行駛時間1h左右,95%的時間處于閑置狀態(tài)。將處于停駛狀態(tài)的電動汽車接入電網(wǎng),并且數(shù)量足夠

14、多時,電動汽車就可以作為可移動的分布式儲能裝置,在滿足電動汽車用戶行駛需求的前提下,將剩余電能可控回饋到電網(wǎng)。2應(yīng)用V2G技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù),電動汽車電池的充放電將被統(tǒng)一部署,根據(jù)既定的充放電策略,電動汽車用戶、電網(wǎng)企業(yè)和汽車企業(yè)將獲得共贏:(1對電動汽車用戶而言,可以在低電價時給車輛充電,在高電價時,將電動汽車儲存能量出售給電力公司,獲得現(xiàn)金補貼,降低電動汽車的使用成本。(2對電網(wǎng)公司而言,不但可以減少因電動汽車大力發(fā)展而帶來的用電壓力,延緩電網(wǎng)建設(shè)投資,而且可將電動汽車作為儲能裝置,用于調(diào)控負(fù)荷,提高電網(wǎng)運行效率和可靠性。(3對于汽車企業(yè),電動汽車目前不能大規(guī)模普及的一個重要原因就是成本過

15、高。V2G技術(shù)使得用戶使用電動汽車的成本有效降低,反過來必然會推動電動汽車的大力發(fā)展,汽車企業(yè)也將受益。3V2G技術(shù)還使得風(fēng)能、太陽能等新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)成為可能并實現(xiàn)。風(fēng)能和太陽能受天氣、地域、時間段的影響,不可預(yù)測性、波動性和間歇性使其不可直接接入電網(wǎng),避免影響電網(wǎng)穩(wěn)定。目前所建風(fēng)力發(fā)電廠的60%以上能量都因為不夠穩(wěn)定而不能接入電網(wǎng)。通過V2G技術(shù),可用電動汽車來儲存風(fēng)力和太陽能發(fā)出的電能,再穩(wěn)定送入電網(wǎng)。7結(jié)語1將電動汽車和智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù),既解決了電動汽車大規(guī)模發(fā)展帶來的電網(wǎng)負(fù)荷壓力,又可將電動汽車作為移動的分布式儲能單元接入電網(wǎng),用于削峰填谷、旋轉(zhuǎn)備用、新能源接入,提高電網(wǎng)供電靈活性、可靠性和能源利用效率,延緩電網(wǎng)建設(shè)投資。2V2G技術(shù)的應(yīng)用與個體用戶和電動汽車企業(yè)密切相關(guān),因此進行有關(guān)V