泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)汽車充電與儲(chǔ)能的市場化研究

楊立軍，楊 志

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)汽車充電與儲(chǔ)能的市場化研究

楊立軍，楊 志

(萬幫數(shù)字能源股份有限公司，江蘇 常州 213000)

電動(dòng)汽車作為分布式儲(chǔ)能具有容量大、可移動(dòng)、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)。圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，在移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等技術(shù)的支持下，如何把電動(dòng)汽車整合到電力市場中發(fā)揮它更大的價(jià)值，構(gòu)建具備全面感知、高效應(yīng)變、靈活處理的智慧服務(wù)系統(tǒng)，具有很大市場價(jià)值。結(jié)合電動(dòng)汽車和電力市場的現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用電動(dòng)汽車作為電力市場商業(yè)應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能更好地推動(dòng)電動(dòng)汽車作為移動(dòng)儲(chǔ)能帶來的好處，以挖掘電動(dòng)汽車更多的商業(yè)價(jià)值。

分布式儲(chǔ)能；電力市場；移動(dòng)互聯(lián)；商業(yè)應(yīng)用

0 引言

電動(dòng)汽車可以看成是移動(dòng)的儲(chǔ)能單元，連接電網(wǎng)與電動(dòng)汽車之間的是充電器，把充電器做成雙向可充可放，就能使電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間進(jìn)行互動(dòng)，這種技術(shù)也就是所說的V2G，基于藍(lán)牙、4G通信技術(shù)、設(shè)備可連入電力物聯(lián)網(wǎng)，參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下的電力市場化應(yīng)用。

電動(dòng)汽車不僅可以作為交通工具解決出行問題，同時(shí)也是解決能源和環(huán)境的重要手段，電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)應(yīng)用研究越來越廣泛，文獻(xiàn)[1]進(jìn)行了電動(dòng)汽車消納風(fēng)電策略研究，文獻(xiàn)[2-3]基于需求響應(yīng)闡述了虛擬電廠概念，文獻(xiàn)[4]面向電動(dòng)汽車有序充電的控制策略研究，基于有序充電應(yīng)用需求給出了電動(dòng)汽車有序充電系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)；并對(duì)充電負(fù)荷優(yōu)化策略和充電負(fù)荷分配策略進(jìn)行了深入研究。

上述工作偏重于研究電動(dòng)汽車消納風(fēng)電策略研究、參與電網(wǎng)互動(dòng)策略等微觀層面，而較少涉及從宏觀層面研究電動(dòng)汽車參與電力市場交易的商業(yè)模式。由此產(chǎn)生一個(gè)技術(shù)難題，如何促使電動(dòng)汽車參與電力市場交易，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)供需平衡。圍繞上述難題，本文在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)支持下以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車有序充放電，改善系統(tǒng)負(fù)荷特性、電壓及頻率質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)車輛、充電設(shè)施和電網(wǎng)三者間的友好互動(dòng)、協(xié)同運(yùn)行，構(gòu)建電力市場化的新模式。

1 電力市場下的電動(dòng)汽車特性現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車可以直接接入大電網(wǎng)或者通過家庭、樓宇或者運(yùn)營商等方式接入電網(wǎng)。直接接入大電網(wǎng)時(shí)用戶直接與供電局進(jìn)行電費(fèi)交易，間接接入需與中間商進(jìn)行交易，但電費(fèi)最終也是與供電局交易。早期的電動(dòng)汽車基本只支持單向充電功能，隨著電動(dòng)汽車和充電技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車廠家逐漸增加了電能的雙向流動(dòng)控制，使原本的充電服務(wù)變成可以雙向傳輸?shù)男码娏κ袌瞿Ｊ?；而支撐這種模式的原因有：①?電動(dòng)汽車停車時(shí)間較長，且充電時(shí)間基本在電網(wǎng)晚高峰時(shí)間，若通過綜合控制策略來避開高峰充電，則能有效穩(wěn)定電網(wǎng)；②?電動(dòng)汽車自身的車載通信系統(tǒng)可以使其連接到電力物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，可在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下共享充放電數(shù)據(jù)；③?電動(dòng)汽車的充放電響應(yīng)可在幾秒內(nèi)完成，在電網(wǎng)需求時(shí)提供靈活響應(yīng)。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下的電動(dòng)汽車市場價(jià)值

2.1 削峰填谷

利用峰谷價(jià)差獲取利潤是電動(dòng)汽車作為儲(chǔ)能最主要的商業(yè)應(yīng)用之一。在低谷電價(jià)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電，獲取低谷電量時(shí)的花費(fèi)則為儲(chǔ)能的充電成本。在高峰電價(jià)時(shí)，使用已儲(chǔ)存好的電能，做到負(fù)荷高峰時(shí)使用低價(jià)電用于生產(chǎn)生活，負(fù)荷高峰時(shí)使用的電能與峰谷電價(jià)差的乘積為峰谷差價(jià)收益。

建立在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下的“星星充電”平臺(tái)以運(yùn)行成本最小、經(jīng)濟(jì)效益最高、綜合費(fèi)用最低為目標(biāo)。該平臺(tái)在某個(gè)體營業(yè)場所半年試運(yùn)行測試，運(yùn)行狀態(tài)與產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益中每年可以賺得近3.2萬元。由此擴(kuò)展可知，電動(dòng)汽車的集中式充放電調(diào)度將產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)收入，無論電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)是并網(wǎng)還是離網(wǎng)，電動(dòng)汽車是有序充電還是無序充電，都能產(chǎn)生正向利潤，證明平臺(tái)控制策略的魯棒性較好，對(duì)外部環(huán)境的變化有較好的適應(yīng)性，為推動(dòng)電動(dòng)汽車V2G模式打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，具有大規(guī)?？蓮?fù)制性與推廣價(jià)值。

表1 電動(dòng)汽車充放電年利潤

2.2 輔助服務(wù)

風(fēng)能、太陽能等新能源電源具有典型的間歇性。隨著電網(wǎng)中新能源滲透率的逐漸升高，間隙性電源出力的波動(dòng)性和不確定性極有可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出功率與負(fù)荷需求之間的偏差，從而引起電網(wǎng)頻率產(chǎn)生偏差。

電動(dòng)汽車作為移動(dòng)儲(chǔ)能裝置，在電網(wǎng)輔助服務(wù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在電動(dòng)汽車大規(guī)模普及的情況下，電動(dòng)汽車集群可以作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，向電力系統(tǒng)提供頻率調(diào)節(jié)的服務(wù)。電力系統(tǒng)調(diào)頻分為一二次調(diào)頻，一次調(diào)頻是電網(wǎng)應(yīng)對(duì)短周期的負(fù)荷功率變化，由機(jī)組通過自身調(diào)速器完成，頻率有差調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻，應(yīng)對(duì)較長周期的負(fù)荷功率變化，通常由調(diào)度中心通過AGC控制完成，頻率無差調(diào)節(jié)。電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能特性參與電力系統(tǒng)的二次調(diào)頻需求。

如圖1所示的中心調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行投標(biāo)和競價(jià)策略計(jì)算，調(diào)頻斜率限制設(shè)置。就地監(jiān)控對(duì)本地的設(shè)備進(jìn)行集中管理。

圖1 中央調(diào)度系統(tǒng)圖

充電站系統(tǒng)滿足UL1741和IEEE 1547.1標(biāo)準(zhǔn)要求，適合市場應(yīng)用。調(diào)頻系統(tǒng)主要是由電動(dòng)汽車、V2G、升壓變壓器及相關(guān)配電組成。充電站調(diào)頻系統(tǒng)與電力發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)工作，快速、準(zhǔn)確響應(yīng)AGC二次調(diào)頻指令，圖3為響應(yīng)指令調(diào)頻功率曲線。

圖2 調(diào)頻功率曲線

電動(dòng)汽車作為替代傳統(tǒng)火電調(diào)頻的收益，按照電網(wǎng)公司的考核獎(jiǎng)勵(lì)辦法來測算收益，如表2所示調(diào)節(jié)深度D為AGC日調(diào)節(jié)量總和，Kp為當(dāng)日AGC調(diào)節(jié)性能綜合評(píng)判指標(biāo)，Y為AGC調(diào)節(jié)性能補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，這里參考火電機(jī)組取15元/MW。

表2 輔助服務(wù)計(jì)算數(shù)據(jù)

日補(bǔ)償費(fèi)用=D×Kp×Y=7500元，年補(bǔ)償費(fèi)用為270.3萬元，雖然收益和實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)度的支出沒有那么大優(yōu)勢，但作為傳統(tǒng)火力發(fā)電外的一種調(diào)頻方式是值得推廣研究應(yīng)用的。

2.3 可再生能源跨省銷售

《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》在2019年5月10日由國家發(fā)改委、國家能源局兩部門聯(lián)合下發(fā)可再生能源消納監(jiān)督與考核要求，根據(jù)通知，各省級(jí)能源主管部門對(duì)照2018年消納責(zé)任權(quán)重開展自我核查，2019年模擬運(yùn)行并對(duì)市場主體進(jìn)行試考核，自2020年1月1日起全面進(jìn)行監(jiān)測評(píng)價(jià)和正式考核。在此背景下，供電公司作為被考核主體，電動(dòng)汽車具有可移動(dòng)性的特點(diǎn)，可以跨省區(qū)域交易購買低價(jià)可再生能源電力，這樣能夠促進(jìn)省外可再生能源的消納，也滿足自身需求，調(diào)動(dòng)電動(dòng)汽車參與電力市場的積極性。

此模式的商業(yè)下各方的收入來源，售電公司賺取充電電費(fèi)及服務(wù)費(fèi)，批量參與電力市場可與電網(wǎng)公司進(jìn)行批發(fā)電價(jià)商談，也可以聯(lián)合其他發(fā)電業(yè)務(wù)，作為輔助服務(wù)來響應(yīng)電網(wǎng)需求的負(fù)荷曲線以獲得相應(yīng)的收益。

2.4 應(yīng)急電源

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)跌落，閃變或者中斷時(shí)能夠保證對(duì)重要負(fù)荷的短時(shí)緊急供電，以使重要數(shù)據(jù)備份或啟動(dòng)備用電源支撐。當(dāng)電動(dòng)汽車或充換電站具備V2G功能時(shí)，其可控的電源特性可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源功能，根據(jù)實(shí)際情況選擇需要的電動(dòng)汽車數(shù)量來提供相應(yīng)的容量需求，這樣可以不用購置常規(guī)的應(yīng)急電源裝置。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過控制電動(dòng)汽車的電池放電來應(yīng)急使用。需要維護(hù)的只是V2G設(shè)備，對(duì)比傳統(tǒng)的應(yīng)急電源，減少了設(shè)備維護(hù)和維修人員，進(jìn)一步提供經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)論

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下，無論是從電動(dòng)汽車使用者的角度還是電力市場角度，電動(dòng)汽車作為充電用戶和儲(chǔ)能單元參與電網(wǎng)的市場化中，對(duì)電網(wǎng)來說相當(dāng)于提高了容量，通過優(yōu)化的調(diào)度策略緩解電網(wǎng)在負(fù)荷高峰時(shí)的壓力，也能在負(fù)荷低谷時(shí)充分利用電網(wǎng)的閑置資源提高電網(wǎng)的利用率，通過電力輔助服務(wù)獲取政府補(bǔ)貼，峰谷電價(jià)獲取利潤，作為應(yīng)急電源減少停電帶來的損失。電動(dòng)汽車參與電力的市場化，還能對(duì)風(fēng)電、光伏等清潔能源進(jìn)行消納，達(dá)到減碳排放、節(jié)約資源的目標(biāo)，也避免傳統(tǒng)儲(chǔ)能建設(shè)的高昂費(fèi)用。結(jié)合對(duì)電動(dòng)汽車充放電市場化的研究，可以得出電動(dòng)汽車參與電力市場有助于電網(wǎng)和電動(dòng)汽車相互成長，具有重要的推廣價(jià)值。

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Research on marketization of electric vehicle charging and storage in internet of things in power systems

YANG Lijun, YANG Zhi

(Wanbang Digital Energy Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

Working as a distributed storage, the electrical vehicle has features including high capacity, being portable, quick response, etc. With the support of techniques such as mobile internet and artificial intelligence, it has a high market value of how to integrate electric vehicle into electricity market and building a smart service system having comprehensive sensing, effective response and flexible handling for each link of power system. This paper combines current status of electric vehicle and electricity market and analyses electricity commercial application based on electric vehicle application, aiming at bringing benefit to pushing the storage application of electric vehicle and exploring more commercial value of electric vehicle.

distributed storage; electricity market; mobile internet; commercial application

2020-09-12

楊立軍(1978—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殚_關(guān)電源、電力電子裝置。E-mail: lijun.yang@wanbangauto.com