淺談電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)技術(shù)

摘 要：近年來(lái)電動(dòng)汽車(chē)迅速發(fā)展，市場(chǎng)保有量不斷增加，不久以后將有數(shù)量龐大的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)充電。然而由于電動(dòng)汽車(chē)充電的不確定性，其大規(guī)模無(wú)序接入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的沖擊。電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）技術(shù)旨在加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的友好互動(dòng)，可以有效降低大量電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)電網(wǎng)的影響，是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)繼續(xù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。本文介紹了V2G技術(shù)的理論依據(jù)，分析了目前存在的問(wèn)題，并對(duì)下一步發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);V2G;電網(wǎng)

隨著能源與環(huán)保行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)能源利用率低、污染環(huán)境、噪聲大、保養(yǎng)成本高等缺點(diǎn)不斷突顯。同時(shí)與傳統(tǒng)化石能源相比，電能作為一種優(yōu)質(zhì)能源，可以有效提高能源利用率，減少環(huán)境污染，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，以電動(dòng)汽車(chē)（Electric Vehicle， EV）為代表的新能源汽車(chē)受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注[1]，相關(guān)技術(shù)日趨成熟。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年末，我國(guó)新能源汽車(chē)保有量達(dá)到381萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車(chē)保有量為310萬(wàn)輛。從2014年的8萬(wàn)輛到2019年的310萬(wàn)輛，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速擴(kuò)張的趨勢(shì)，有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，到2040年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量或?qū)⒊^(guò)2億輛。然而相關(guān)研究結(jié)果表明，數(shù)量龐大的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序接入電網(wǎng)充電將會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行，是制約電動(dòng)汽車(chē)快速規(guī)?；l(fā)展的限制之一。

電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（Vehicle-to-Grid， V2G）技術(shù)通過(guò)合理的管理策略，讓大量電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)能資源與電網(wǎng)形成良性互動(dòng)，是避免問(wèn)題的有效方式。

1 電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配網(wǎng)的影響

目前，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量還沒(méi)有形成規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)的負(fù)面效應(yīng)還不明顯，但隨著數(shù)量的快速增長(zhǎng)，大量電動(dòng)汽車(chē)作為簡(jiǎn)單不可控負(fù)荷接入電網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生一些影響。

在電力負(fù)荷方面，由于電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷具有不確定性，有可能在負(fù)荷高峰期大量接入電網(wǎng)，進(jìn)一步加大電能供需之間的不平衡，使電網(wǎng)的供電能力遭受?chē)?yán)峻的考驗(yàn)。在電能質(zhì)量方面，大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序接入電網(wǎng)，將造成電壓波動(dòng)與暫降、三相不平衡等問(wèn)題，影響電壓穩(wěn)定性。并且由于電動(dòng)汽車(chē)充電樁是由電力電子器件組成，還會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)諧波污染的威脅。在設(shè)備運(yùn)行方面，早期公共配電網(wǎng)建設(shè)中沒(méi)有考慮電動(dòng)汽車(chē)充電需求，這就使得局部地區(qū)充電高峰時(shí)段會(huì)導(dǎo)致變壓器過(guò)載，從而嚴(yán)重影響變壓器的使用壽命。

2 電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）技術(shù)

在電力系統(tǒng)中用電和發(fā)電是同時(shí)性的，每個(gè)電廠都會(huì)根據(jù)調(diào)度指令實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電功率，以保證用電量和發(fā)電量的動(dòng)態(tài)平衡。而短期內(nèi)大容量用電負(fù)荷變化不但會(huì)增加發(fā)電成本，還會(huì)加大頻率和電壓的調(diào)整難度。因此，對(duì)電網(wǎng)而言，希望全社會(huì)的用電負(fù)荷保持穩(wěn)定，負(fù)荷波動(dòng)小，最好是常數(shù)。減少負(fù)荷波動(dòng)主要是兩個(gè)方面，在用電高峰時(shí)盡量減少用電、甚至給電網(wǎng)充電（削峰），在用電低谷時(shí)增加用電（填谷）。采用具有儲(chǔ)能功能的設(shè)備與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)是降低負(fù)荷波動(dòng)的一種有效方法。

電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)技術(shù)（Vehicle-to-grid， V2G）是指電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)可交換能量的良性互動(dòng)關(guān)系，將處于停駛狀態(tài)的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載電池視為分布式儲(chǔ)能單元，接入具有雙向功率變換功能的充電樁，根據(jù)需求靈活的從電網(wǎng)消耗電能或者將可控電能反向輸送給電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，有利于電動(dòng)汽車(chē)的大量普及。

V2G技術(shù)的發(fā)展在理論層面主要由EV與電網(wǎng)之間連接的智能充放電變換器（充電樁）和相關(guān)的統(tǒng)一互動(dòng)協(xié)調(diào)管理策略提供支撐。電動(dòng)汽車(chē)充電樁的任務(wù)是通過(guò)使用合適的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的變換器控制方法，實(shí)現(xiàn)能量在EV和電網(wǎng)之間高效率、高可靠、低損耗的雙向流動(dòng)。統(tǒng)一互動(dòng)協(xié)調(diào)管理策略主要通過(guò)數(shù)據(jù)管理，分析調(diào)度、配網(wǎng)等信息，從而合理調(diào)控大量接入電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)電池充放電，在有序充電的基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移甚至負(fù)荷調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)備用的功能。

3 V2G技術(shù)的問(wèn)題和發(fā)展方向

電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）技術(shù)可以有效加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的良性互動(dòng)，不僅能夠解決大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序接入電網(wǎng)帶來(lái)的影響，還體現(xiàn)著智能電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要方向。然而要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間雙向、可控、頻繁的能量流動(dòng)，還存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。

車(chē)載儲(chǔ)能電池技術(shù)是一個(gè)主要方面，目前制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一大瓶頸就是電池技術(shù)，儲(chǔ)能電池是汽車(chē)的能量來(lái)源，直接決定了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力，是汽車(chē)電動(dòng)化的關(guān)鍵所在[2]。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)自身使用而言，電池需要具有能量密度高、安全性好、使用壽命長(zhǎng)、成本低及穩(wěn)定性強(qiáng)等條件，以保證電動(dòng)汽車(chē)的正常使用;對(duì)電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）技術(shù)而言，這些儲(chǔ)能單元除了上述條件外還必須具備高充放電循環(huán)次數(shù)的能力，而且要滿足充放電功率需求。目前的車(chē)載蓄電池相關(guān)技術(shù)尚不成熟，頻繁對(duì)電池進(jìn)行充放電必然會(huì)對(duì)電池造成損耗，降低電池容量和使用壽命，是阻礙V2G發(fā)展的主要因素。

基礎(chǔ)配套設(shè)施也需要進(jìn)一步完善，傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮到大量電動(dòng)汽車(chē)接入，相應(yīng)的具有雙向能量傳輸功能的智能充電樁的建設(shè)覆蓋還不充分，統(tǒng)一的充電接口與相應(yīng)的雙向變換器及控制方法也不夠成熟，實(shí)現(xiàn) V2G的協(xié)調(diào)管理策略同樣需要進(jìn)一步深入研究。

4 總結(jié)

由于電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比具有更環(huán)保、更節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)近年來(lái)快速發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)占有率必將不斷增加。電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）技術(shù)可以避免大量電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)序充電行為給電網(wǎng)帶來(lái)的較大影響，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注和眾多學(xué)者的研究。目前電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)（V2G）還存在車(chē)載儲(chǔ)能電池技術(shù)、充電樁智能化與普及程度、統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理策略等方面不夠成熟的限制問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題將是該產(chǎn)業(yè)未來(lái)的重點(diǎn)研究與發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王錫凡， 邵成成， 王秀麗，等. 電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷與調(diào)度控制策略綜述[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（1）：1-10.

[2] 劉燁，鄭燕萍，孫偉明，朱靜. 電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化（4期）：56-58.

作者簡(jiǎn)介：

湯國(guó)晟（1994-10 ）男，漢 ，江蘇揚(yáng)州人， 工程碩士，從事配電運(yùn)行及維護(hù)工作。

（國(guó)網(wǎng)儀征市供電公司? 江蘇? 揚(yáng)州? 211400）