V2G技術(shù)概述知識講解

1、V2G技術(shù)概述V2G技術(shù)概述摘 要：V2G (vehicle-to-grid )技術(shù)可實現(xiàn)電網(wǎng)與電動汽車( EV: electric vehicle )之間能量的雙向流動，EV用戶可以是能量消耗者，也可以是能量供應者。在合理控制下，V2G技術(shù)的應用可提供調(diào)峰、調(diào)頻以及電壓控制，增加對間歇性的可再生能源的消納，維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。而在實現(xiàn)以上輔助服務 的過程中，還存在著很多挑戰(zhàn)以及需要解決的問題，諸如專門的雙向通信網(wǎng)絡建設、用戶的隱私保護、 促進用戶與電網(wǎng)互動的激勵機制的制定，對 V2G技術(shù)的研究具有非常重要的意義。本文是一篇對V2G技術(shù)的概述類文獻，對其概念、應用、研究內(nèi)容與方向以及待解

2、決的問題作了簡要闡述。A Summary of V2G TechnologyAbstract: V2G ( vehicle-to-grid)is a kind of technology which can realize the bidirectional energy flow between the power grid and electric vehicles. And EV users can be both energy consumers and energy suppliers. Under the rational control, the application of V

3、2G provides load shaving, frequency regulation as well as voltage control, and increases the absorption of intermittent renewable energy to maintain the safety and stability of the power system. However, to make aforementioned ancillary services come true, we will be in the face of numerous challeng

4、es and problems to be solved. Such as the construction of dedicated both-way communication network, privacy protection of EV users, and the establishment of incentive mechanisms to encourage users to interact with the power grid. Accordingly, the research in V2G technology has the significant meanin

5、g. This paper is a summary of V2G technology, involving the concept, applications, the contents and orientation of the research as well as the challenges and problems to be solved.1. 引言EV有利于減少溫室氣體排放，是一種綠色的交通工具，一輛配有10kwh電池的EV大概可行駛30英里；經(jīng)研究表明，EV的使用可以給用戶帶來不錯的經(jīng)濟效益；發(fā)電和 負荷的實時平衡是維持電力安全、穩(wěn)定運行的基本要求，據(jù)統(tǒng)計，90%的電力中

6、斷和干擾與配電網(wǎng)有關(guān)，EV的接入為電力系統(tǒng)提供大規(guī)模的可控儲能裝置，在合理充放電控制下 可提供調(diào)頻、電壓控制、旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務，可有效緩和間歇性的新能源大規(guī)模并入 電網(wǎng)所帶來的電網(wǎng)波動性，提高電網(wǎng)的效率、靈活性以及可靠性；EV屬于一種分布式、可控儲能裝置，可有效減少發(fā)電能源損耗、供電線損，提高能源利用率?；谝陨显?因，學術(shù)界和工業(yè)界對其饒有興趣，各國政府也都大力推行 EV的相關(guān)政策，以促進其廣 泛應用，其市場份額也與日俱增。目前比較盛行的 EV品牌有特斯拉（Tesla,全球第一家 采用鋰離子電池的電動汽車公司）、比亞迪（BYD，國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域引領(lǐng)者）等。而大規(guī)模EV不加控制得并入電網(wǎng)，

7、尤其是在聚集充電、高峰充電情況下，會加大負 荷峰谷差，加重配電網(wǎng)的供電負擔。此外，EV的充電負荷具有非線性、不穩(wěn)定的特征，引進的電力電子設備將產(chǎn)生諧波，會損害電網(wǎng)電能質(zhì)量。經(jīng)研究表明，合理的充放電控 制，可有效抑制、消除其對電網(wǎng)的不利影響，促進電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。而以上的前提就是需要電網(wǎng)和 EV的能量互動。V2G技術(shù)，概括得來說，就是一種實 現(xiàn)電網(wǎng)和EV之間能量雙向流動的機制，EV可通過整流技術(shù)從電網(wǎng)攝取能量，也可通過 逆變技術(shù)向電網(wǎng)回饋能量，可以說是智能電網(wǎng)（smart grid）的重要組成部分。文獻1， 2對V2G技術(shù)進行了深入的闡述。綜上所述，對V2G的研究具有很重要的意義，本文屬于概述

8、類文獻，主要是對V2G技術(shù)的概念、應用、所研究問題與方向以及其實現(xiàn)過程中所面臨的挑戰(zhàn)作簡要敘述。2. V2G技術(shù)V2G技術(shù)可實現(xiàn)能量的雙向流動，增加用戶與電網(wǎng)的互動性，使用戶不再只是能量 消耗者，還可以是能量供應者。V2G系統(tǒng)與固定的能量儲能系統(tǒng)不同之處在于，其具有 能量存儲、攜帶、輸送機制。部分文章對 V2G技術(shù)的應用以及PHEV的性能作了評估。 文獻3對汽車電池充放電調(diào)度以緩和住宅負荷波動的最優(yōu)性做出評估，并用仿真工具比 較了無任何智能充電場景、不涉及 V2G的本地智能充電優(yōu)化場景以及涉及 V2G的充電優(yōu) 化場景。文獻4提出了一種新型的基于能量的電氣化潛能系數(shù)（EPF），其可用于從用 戶、

9、汽車工業(yè)以及公用事業(yè)角度評估 PHEV的綜合效益和影響，分析了不同的駕駛曲線 和控制策略下的行駛成本和電池壽命間的權(quán)衡。文獻5提出一種對電力系統(tǒng)的實時檢測診斷，考慮的系統(tǒng)參數(shù)包括電壓曲線、電壓穩(wěn)定性、階躍電壓調(diào)整器（SVR）運作、功率以及能耗。結(jié)果表明對于給定的 V2G滲透水平，三相全系統(tǒng) V2G并入在系統(tǒng)性能和經(jīng)濟 運行上比單相V2G并入好，同時得出在一個最優(yōu)位置用 V2G停車場向電網(wǎng)注入無功功率 可以減少大約95%的能耗（相對于沒有 V2G設施的能耗）。圖1所示為插入式混合電動 汽車（PHEV）的V2G系統(tǒng)示例圖。PHEV的功能就在于其可由電動機驅(qū)動，也可由 內(nèi)燃機驅(qū)動。圖中描述的是 PH

10、EV三種場景下（家里，工作場所以及行駛路途中）的能 量走向，其中PHEV控制器（PHEV controller）的功能包括控制電池充放電、控制電動機 和內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)、檢測電池的狀態(tài)和能量需求等。* En«n(jy Flow> infoHnationJCGRtrnJ FlowDraw fnwnGridControlPHEVHu-seholdAppiincesFeedback to Gnd S«ilri« FlowFeedback to 右 ridPHEV 1f “HZfc Commute) HoiTie血Wort圖1 PHEV的V2G系統(tǒng)示例圖2.1 V2G技

11、術(shù)的應用對V2G的研究涉及甚廣，其應用也牽扯得比較多，以下涉及的是我經(jīng)查閱資料后列舉的一些主要應用。1）調(diào)峰、調(diào)頻、電壓控制V2G的兩個主要應用就是調(diào)峰和調(diào)頻。所謂調(diào)峰，即在電網(wǎng)負荷低谷時，電網(wǎng)給 EV充電，以存儲能量；在負荷峰值時，EV用所存儲的能量回饋給電網(wǎng)，以平緩電網(wǎng)的負荷曲線。通常根據(jù)負荷情況調(diào)整電價作為激勵機制來促使用戶調(diào)整自己的用電需求，諸如分時定價TOU （time-of-use,電價預先設定，如每半年設定一次）、階梯定價（ Tiered Pricing,上海市階梯電價情況如 錯誤!書簽自引用無效。所示）以及實時定價等。這對于 電網(wǎng)來說，可以移峰填谷，提供電壓支持（高負荷時放電抑

12、制電壓下降）；對用戶來 說，購買低電價的電量可以節(jié)省花費，向電網(wǎng)供電還可以獲得電價補償。所謂調(diào)頻，可 以說是一種輔助機制，旨在短時間內(nèi)微調(diào)電網(wǎng)的頻率，比如以分鐘級調(diào)整。通常此應用 方向需要研究內(nèi)容包括能量成本最小化問題、定價策略、充電調(diào)度、調(diào)頻以及調(diào)峰。表I上海市階梯電價一般用戶辦理享受“一戶多人口”政策用戶戶籍5人及以上戶籍7人及以 上第一檔戶均0-3120度（含）（260*12）戶均 0-4320 度（含）（360*12）不加價戶均3120-4800度（含）戶均4320-6000度（含）超第二檔臨界點當月超第二檔臨界點次月起第二檔峰加價谷加價峰加價未分時谷加價也可選擇全電 量每度平均加0.

13、05 元0.05 元0.06 元0.05 元0.03 元價0.024元執(zhí)行戶均超過4800度 （400*12 ）的部分戶均超過6000度（500*12）的部分超第三檔臨界點當月超第三檔臨界點次月起第三檔峰加價谷加價峰加價未分時谷加價0.3元0.3元0.36 元0.3 元0.18 元文獻6涉及的是V2G的調(diào)峰應用，解決的是分時電價下的日常能量成本最小化問題，在真實電池模型下，結(jié)合考慮能量的雙向流動、馬爾科夫調(diào)制過程的能量需求、電池特性以及分時電價，基于動態(tài)規(guī)劃定義能量成本最小化問題。文獻7結(jié)合頻繁充放電引起的電池壽命縮短以及高溫環(huán)境下的使用，分析了使用純電動汽車（BEV ）作為能量 存儲的成本，

14、基于廠商數(shù)據(jù)建立了充放電，室溫環(huán)境，放電深度（ DoD）以及EV電池退 僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3化間的數(shù)學關(guān)系式。文獻8研究了 PHEV在時變電價信號下的充電曲線優(yōu)化的凸二次規(guī) 劃框架，采用等效電路電池模型計算充放電時的電池能量損耗，并將PHEV的總?cè)剂虾碗娰M成本化為電池荷電狀態(tài)的二次函數(shù)。文獻9涉及的是V2G的調(diào)頻應用，提出了一種 推得APC ( achievable power capacity概率分布的方法，基于 APC的概率分布計算 aggregator的功率容量，并結(jié)合可能的懲罰項針對四種可能的合同類型分別建立利潤函 數(shù)，最優(yōu)的CPC(contracted po

15、wer capacity值由最大化相應的利潤函數(shù)求得。文獻 10 提出一種在配電網(wǎng)側(cè)對 aggregator進行充電控制的 VOS (vehicle-originating-signals)法， 目的是使得總電力消耗接近給定的目標曲線，其中信號反映了EV的充電需求以及供應電力的意愿。2) 虛擬發(fā)電廠(VPP)針對單一 EV充放電負荷小，電池容量有限以及電池消耗問題，提出電動汽車群(aggregato)的概念。部分文獻將aggregator作為一種中間系統(tǒng)，將一定區(qū)域內(nèi)接入電 網(wǎng)的EVs組織起來，成為一個集體，服從中間系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度。其中，aggregator可以允許EVs構(gòu)成一個合作群體，其中

16、可包含充電成員以及放電成員或僅包含其中一種，充放 電雙方可形成一種直接的電力交易，aggregator和 aggregator之間也可以進行電力交易， 該aggregator具有一定規(guī)模的可調(diào)度負荷和儲能容量，V2G下的aggregator能量流動概念圖如圖2所示。aggregator可存儲具有間歇性特征的可再生能源所發(fā)電量，并在負荷峰值 時，向電網(wǎng)饋送能量，故可看成是一個虛擬發(fā)電廠，可減少高成本的峰值機組的啟用的 同時，增加可再生能源的消納，達到供需平衡。因此，VPP概念可用于微電網(wǎng)和孤島。通常此應用方向需要研究內(nèi)容包括建立 aggregator的相關(guān)模型、aggregator/EV的可用電

17、力 容量的估算、新能源和EV的聯(lián)合調(diào)度研究以及電池模型的建立(涉及充放電時的能量損 失、受限的電池容量、充放電率、電力的雙向傳輸對電池的要求)。CenterAggregator AAggregator BPower GridChargingCommunication FlowEnergy Flow Between Grid and Aggregator Energy Flow in an Aggregator/Between Aggregators圖2 Aggregator能量流動概念圖文獻11描述了估算V2G停車場系統(tǒng)的電力容量的數(shù)學模型，將 EV供需模型化為排隊論問題，并評估了其電力市場潛

18、能。文獻12研究的是估算配有光伏（PV）雨蓬的V2G停車場（VPL）的電力容量的數(shù)學模型，將 EV的供需模型化為排隊論問題，考慮了充電時電池充電器效率對電力需求的影響以及放電時逆變器效率對其的影響。文獻13提出一種每半小時估算V2G容量的算法，用于作為建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）的一部 分，BEMS使用所預測的建筑荷載需求以及 EV的充電曲線來估算V2G容量，而BEMS 對EV的充放電調(diào)度則將所估算的 V2G容量以及可再生能源考慮在內(nèi)。3）V2B/V2H （ vehicle to building/vehicle to house）V2G技術(shù)可實現(xiàn)在峰值負荷時，將 EV中所存儲能量供應給商業(yè)建

19、筑或居住建筑，圖 1中就包括了 V2G的這項輔助應用。該方向涉及家庭能量管理系統(tǒng)以及停車場的模型建 立以及充放電調(diào)度優(yōu)化問題。2.2 V2G技術(shù)涉及的問題與挑戰(zhàn)1）適用于V2G技術(shù)的雙向通信的建設、安全問題和隱私保護問題雙向的能量流動控制是實現(xiàn)V2G的關(guān)鍵技術(shù)，對充放電的能量管理以及優(yōu)化調(diào)度等 都基于電網(wǎng)狀態(tài)以及各種實時信息，這些都需要可靠的雙向通信網(wǎng)絡來支持。V2G網(wǎng)絡的運行是基于不斷得監(jiān)測 EV狀態(tài)以及合理設計的激勵機制以吸引 EVs足 夠的參與度。然而密切的監(jiān)測就易于引起 EV用戶的隱私問題，包括身份、位置信息泄露 以及個人偏好等，部分文獻對此問題進行了研究。文獻14研究的是V2G網(wǎng)絡中

20、的隱私保護問題，提出了一種精確的合理的報酬機制 以及一種安全通信架構(gòu)，以保護電動汽車用戶的隱私。文獻15針對傳統(tǒng)的認證機制只考慮了電動汽車作為能量消耗者，并不適用于在V2G場景下多角色（能量消耗、存儲以及供應）的電動汽車的安全和隱私保護，提出一種依賴于角色的隱私保護機制（ROPS）。2）充電基礎(chǔ)設施的建設、電池技術(shù)充電基礎(chǔ)設施是支持EVs大范圍運用的重要組成部分，但對其的建設過程中有很多 需要解決的問題，諸如位置的選址，充電樁的放置，電壓和電力水平等。電池技術(shù)包括電池存儲技術(shù)、電池狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)等。目前純電動汽車大量引入的最 大絆腳石是由于目前的電池未能勝任內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車所能給我們帶來的便利。

21、3）EV用戶的配合與積極參與V2G的各項輔助功能都離不開用戶的配合，若想期許 V2G成為現(xiàn)實，必須消除用戶 的各種疑慮與擔憂。諸如a）EV的購買價格和維護成本高于內(nèi)燃機驅(qū)動汽車，能否在電 池壽命期間收回成本；b） EV的行駛范圍較短，且充電時間長；c）向電網(wǎng)出售所存儲電 力是否具有經(jīng)濟效益；d）頻繁充放電會導致電池退化，縮短電池壽命，以及電力系統(tǒng)對 電池的影響。3. 結(jié)論EV有利于減少溫室氣體排放，有不錯的經(jīng)濟效益， EV并入電網(wǎng)可提供大規(guī)模的可 控儲能裝置。V2G技術(shù)的存在就是實現(xiàn)電網(wǎng)與EV之間能量的雙向流動，增加EV用戶與電網(wǎng)的互動性，EV用戶不再只是能量消耗者，也可以是能量供應者。在合理

22、充放電控制 下可提供調(diào)頻、電壓控制、旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務，可有效緩和間歇性的可再生能源大規(guī) 模并入電網(wǎng)所帶來的電網(wǎng)波動性，提高電網(wǎng)的效率、靈活性以及可靠性。而在實現(xiàn)以上 輔助服務的過程中，還存在著很多挑戰(zhàn)以及需要解決的問題。比如說，需要建設適用于 V2G特性的雙向通信網(wǎng)絡；如何對用戶進行隱私保護、漏洞分析；如何制定激勵機制以 吸引用戶參與到電力交易中。綜上所述，對V2G技術(shù)的研究具有非常重要的意義。本文對V2G技術(shù)作了簡要概述，主要闡述了其概念、應用、研究內(nèi)容與方向以及待解決的問 題。參考文獻1 Su W, Habiballah R E, Zeng W, and Chow M Y, A Surv

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