電動(dòng)汽車負(fù)荷聚類及參與電網(wǎng)一次調(diào)頻控制策略

羅維祥，常喜強(qiáng),，3*，伏睿，陳麗娜，聶昕磊，趙鑫

(1.新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院， 烏魯木齊 830047； 2.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司, 烏魯木齊 830011；3.國(guó)網(wǎng)新疆能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830002; 4.國(guó)網(wǎng)新疆烏魯木齊電力有限公司， 烏魯木齊 830011)

隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和化石能源過(guò)度消耗，節(jié)能減排和提高新能源在能源消費(fèi)中的比例是未來(lái)能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著新能源發(fā)電所占比例的提高和滲透率的增加，以太陽(yáng)能和風(fēng)能為代表的新能源發(fā)電波動(dòng)性強(qiáng)，出力不穩(wěn)定造成電網(wǎng)頻率波動(dòng)，頻率偏離額定值，更有甚者會(huì)造成頻率越限，增加電力系統(tǒng)調(diào)頻難度。頻率是衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)之一，頻率波動(dòng)超出既定范圍會(huì)給電網(wǎng)造成巨大損失。為了抑制新能源發(fā)電產(chǎn)生的電能大規(guī)模入網(wǎng)造成電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)問(wèn)題，系統(tǒng)需要額外的頻率調(diào)節(jié)設(shè)備，倘若沒(méi)有新的調(diào)頻技術(shù)得到應(yīng)用，新建備用調(diào)頻設(shè)備的費(fèi)用將達(dá)致2.5億元人民幣[1]。傳統(tǒng)的調(diào)頻方式是根據(jù)輸出跟蹤來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)組功率輸出，但是隨著越來(lái)越多的新能源接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)的頻率控制愈發(fā)復(fù)雜[2]。電動(dòng)汽車(electric vehicle, EV)作為一種可調(diào)節(jié)資源和可中斷負(fù)荷，中斷其用電不會(huì)造成重大損失，同時(shí)可以作為系統(tǒng)的非旋轉(zhuǎn)備用容量，利用V2G(gehicle-to-grid)技術(shù)與電網(wǎng)進(jìn)行能量和信息互動(dòng)，改善系統(tǒng)電壓和頻率失穩(wěn)問(wèn)題。

電動(dòng)汽車作為一種清潔，高效的能源消費(fèi)方式，無(wú)論是在國(guó)際還是在中國(guó)規(guī)?；刖W(wǎng)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在2047年，EV保有量將超過(guò)傳統(tǒng)汽車[3]。EV具有靈活性和移動(dòng)儲(chǔ)能的特性，可以作為一種柔性負(fù)荷，也可以作為一種分布式移動(dòng)儲(chǔ)能電源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和EV的雙向互動(dòng)。EV并不是單純的負(fù)荷，還可以作為一種移動(dòng)式儲(chǔ)能電源向電網(wǎng)供電[4]。EV作為一種儲(chǔ)能單元可以參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。發(fā)電廠發(fā)電機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)相互協(xié)作共同完成電力系統(tǒng)一次調(diào)頻。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，發(fā)電廠在保持原有出力不變的情況下，頻率降低；當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)電廠在保持原有出力不變的情況下，頻率增加。EV一方面作為一種可中斷負(fù)荷和靈活調(diào)節(jié)資源，另一方面也可以作為儲(chǔ)能設(shè)備向電網(wǎng)供電。一次調(diào)頻時(shí)間為2.5～15 s而電動(dòng)汽車只要保持在網(wǎng)的狀態(tài)下，就可以滿足系統(tǒng)調(diào)頻的需求參與電網(wǎng)調(diào)頻。目前已有研究表明：電動(dòng)汽車有序充放電不僅可以做到平抑負(fù)荷波動(dòng)，削峰填谷[5]，也可以補(bǔ)償無(wú)功功率[6]，提高電網(wǎng)運(yùn)行水平，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本[7]。但是目前針對(duì)通過(guò)V2G技術(shù)EV參與電網(wǎng)調(diào)頻控制研究相對(duì)較少。

文獻(xiàn)[8]提出了電動(dòng)汽車充放電控制策略，通過(guò)V2G技術(shù)將電動(dòng)汽車與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)，減小負(fù)荷波動(dòng)，平滑負(fù)荷曲線，但只是研究電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)削峰填谷，并沒(méi)有研究電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻。文獻(xiàn)[9]提出了通過(guò)采用提高電能收益和電池充放電次數(shù)較多產(chǎn)生的損耗補(bǔ)貼收益來(lái)提高用戶參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的積極性。文獻(xiàn)[10]從維持EV電池能量和補(bǔ)給電池能量?jī)蓚€(gè)方面提出了EV入網(wǎng)一次調(diào)頻控制策略。由于不同用戶出行需求和對(duì)電池的荷電狀態(tài)預(yù)期不一樣，參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的容量也會(huì)有所不同，所以并沒(méi)有考慮到在EV入網(wǎng)前可參與調(diào)頻的容量。文獻(xiàn)[11]提出了一種考慮配電網(wǎng)損耗的EV參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的控制策略。在充分考慮用戶滿意度的前提下，調(diào)節(jié)充放電功率，平抑頻率波動(dòng)，但是并沒(méi)有考慮EV入網(wǎng)荷電狀態(tài)和出行預(yù)期荷電狀態(tài)。文獻(xiàn)[12]提出了滿足EV用戶差異性的電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻控制策略，只是考慮了EV用戶個(gè)體差異性，并沒(méi)有著重對(duì)EV電池容量在滿足用戶出行需求的前提下合理分配。文獻(xiàn)[13]考慮了不同類型EV參與電網(wǎng)調(diào)度可提供的容量的不同，允許達(dá)到可供調(diào)度的荷電狀態(tài)條件下參與電網(wǎng)調(diào)頻，但是沒(méi)有將EV視作可控負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)頻。

基于現(xiàn)有研究現(xiàn)狀，提出一種電動(dòng)汽車負(fù)荷聚類及參與電網(wǎng)一次調(diào)頻控制策略?，F(xiàn)通過(guò)對(duì)EV負(fù)荷聚類，對(duì)參與調(diào)頻的EV容量進(jìn)行合理分配，考慮不同EV初始荷電狀態(tài)的不同，在不影響用戶出行需求和預(yù)期荷電狀態(tài)的條件下對(duì)調(diào)頻功率進(jìn)行合理的分配。最后在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上對(duì)EV參與電力系統(tǒng)調(diào)頻控制進(jìn)行仿真，仿真預(yù)期達(dá)到EV負(fù)荷聚類對(duì)其容量合理分配后有效減小電網(wǎng)頻率波動(dòng)的效果。

1 EV負(fù)荷參與一次調(diào)頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

EV負(fù)荷雖然整體儲(chǔ)能能量大，移動(dòng)性強(qiáng)，控制簡(jiǎn)單，響應(yīng)快。但是在功率缺額條件下個(gè)體EV負(fù)荷給系統(tǒng)提供功率就會(huì)面臨EV車載電池當(dāng)前荷電狀態(tài)、出行時(shí)間及預(yù)期荷電狀態(tài)難以統(tǒng)一，控制復(fù)雜的問(wèn)題。EV單體所能提供參與調(diào)頻的容量是有限的，所以需要大規(guī)模的EV參與才能通過(guò)控制EV充放電達(dá)到改善電網(wǎng)頻率波動(dòng)的目的。針對(duì)個(gè)體EV設(shè)置不同的調(diào)頻時(shí)間和功率難以滿足系統(tǒng)調(diào)頻的要求，針對(duì)該問(wèn)題提出分層式控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 EV參與系統(tǒng)調(diào)頻分層控制結(jié)構(gòu)Fig. 1 Hierarchical control structure of EV participating system in frequency modulation

如圖1所示，控制單元處在電網(wǎng)和EV中間。能量管理系統(tǒng)(energy management system,EMS)只需要將控制信息傳輸?shù)娇刂茊卧刂茊卧涂梢詫?duì)EV負(fù)荷進(jìn)行控制。該控制結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于減少了通信數(shù)據(jù)量和通信時(shí)間，提高了控制的實(shí)時(shí)性。其中控制結(jié)構(gòu)有3層。

(1)第一層：EMS和EV參與電力系統(tǒng)調(diào)頻控制系統(tǒng)。該層的作用就是控制EV負(fù)荷充放電和發(fā)電廠發(fā)電出力達(dá)到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率平衡。

(2)第二層：EV負(fù)荷聚合商。EV負(fù)荷聚合商的作用就是接受EV調(diào)頻控制系統(tǒng)的信號(hào)，計(jì)算自身所能提供的調(diào)頻容量，并將所需的調(diào)頻容量依據(jù)各個(gè)EV的初始荷電狀態(tài)，停泊時(shí)間及預(yù)期荷電狀態(tài)等信息分配到每輛EV。

(3)第三層：EV充電樁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將EV的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息收集并傳遞給聚合商，在聚合商下達(dá)調(diào)頻指令時(shí)控制EV充放電。

2 EV負(fù)荷聚類

2.1 EV負(fù)荷第一階段聚類

考慮到不同EV接入電網(wǎng)時(shí)的隨機(jī)性，無(wú)法對(duì)每輛EV的充電需求、當(dāng)前荷電狀態(tài)和預(yù)期荷電狀態(tài)做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因此以15 min作為一個(gè)時(shí)間段，將1 d分為96個(gè)時(shí)間段，對(duì)每個(gè)時(shí)間區(qū)間開(kāi)始時(shí)刻的EV信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而對(duì)EV進(jìn)行劃分，如圖2所示。

圖2 EV控制時(shí)段示意圖Fig.2 Schematic diagram of EV control period

EV參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的前提就是要充分保障不影響用戶出行需求，因此在控制EV參與系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)，判斷其是否具體參與調(diào)頻的狀態(tài)。因此可以依據(jù)EV當(dāng)前荷電狀態(tài)和其充放電功率對(duì)EV負(fù)荷進(jìn)行聚類。若EV車載電池荷電狀態(tài)足以滿意用戶出行需要，則該類EV可以向電網(wǎng)輸送功率或者在不造成過(guò)充的前提下從電網(wǎng)吸收功率。若EV荷電狀態(tài)低，在停泊時(shí)間約束條件范圍之內(nèi)對(duì)EV充電，不影響其出行，則該類EV負(fù)荷可以作為一種可供電網(wǎng)調(diào)節(jié)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻。若EV初始荷電狀態(tài)很低，在其停泊時(shí)間范圍之內(nèi)持續(xù)充電也不能滿足用戶期望，則這部分EV負(fù)荷時(shí)不可控，不能參與電力系統(tǒng)調(diào)頻。由于EV的荷電狀態(tài)隨時(shí)在發(fā)生變化，因此每隔一個(gè)時(shí)間間隔即15 min，控制系統(tǒng)會(huì)重新確定EV下一時(shí)間段的荷電狀態(tài)，使得EV更好參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，同時(shí)也能防止過(guò)充或者過(guò)放對(duì)電池造成損壞，判定式為

(1)

式(1)中：Lev，i電動(dòng)汽車負(fù)荷；Sexp為預(yù)期車載電池容量；tpi為EV停泊時(shí)間；Pi為EV當(dāng)前充電功率；LEV1為EV可向系統(tǒng)饋電負(fù)荷；LEV2為EV充電功率可向上調(diào)節(jié)負(fù)荷；LEV3為EV充電功率不可向上調(diào)節(jié)負(fù)荷。

2.2 基于K-means聚類算法的EV負(fù)荷第二階段聚類

為解決不同EV入網(wǎng)荷電狀態(tài)、停泊時(shí)間和預(yù)期荷電狀態(tài)的不同參與調(diào)頻導(dǎo)致調(diào)頻效果不理想問(wèn)題。對(duì)單體EV進(jìn)行容量分配，對(duì)各個(gè)用戶針對(duì)不同的問(wèn)題，采用K-means聚類算法對(duì)參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的EV負(fù)荷進(jìn)行聚類。K-means聚類算法根據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，其步驟如下。

(1)聚類數(shù)目K用來(lái)衡量聚類效果的精準(zhǔn)性。K越大，聚類效果更加精準(zhǔn)，誤差平方和又與聚類數(shù)目K有關(guān)，則誤差平方和減小，K增加，聚類效果更精準(zhǔn)。誤差平方和(sum of the squared errors,SSE)計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：k為參與聚類的EV數(shù)量；P為EV負(fù)荷功率；Pi為第i輛EV負(fù)荷車載電池功率;Ci為EV車載電池最大功率。

(2)在EV負(fù)荷種群里任意找到一個(gè)EV負(fù)荷數(shù)據(jù)為初始樣本，計(jì)算每個(gè)負(fù)荷數(shù)據(jù)到樣本中心的距離，EV負(fù)荷n維參數(shù)[xa1,xa2，…，xan]，a為EV的車輛信息，式(3)為對(duì)每一輛EV的車輛信息進(jìn)行標(biāo)幺化處理，式(4)為距離公式，表示除初始樣本之外的其他EV樣本對(duì)初始樣本中心的距離。即

(4)

(3)執(zhí)行步驟(2)，運(yùn)行結(jié)果出K個(gè)聚類中心。

(4)將所有的EV負(fù)荷分配給最小的聚類中心。

(5)求所得到的聚類數(shù)據(jù)平均值，此平均值作為新的聚類中心。

通過(guò)分析可以得到影響EV負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)頻的信息有EV當(dāng)前荷電狀態(tài)、充電功率、停泊時(shí)間和預(yù)期荷電狀態(tài)。

3 EV負(fù)荷調(diào)頻容量控制策略

3.1 EV負(fù)荷可用調(diào)頻容量計(jì)算

不同EV移動(dòng)儲(chǔ)能特性和用戶行為導(dǎo)致EV在不同場(chǎng)景下所能提供調(diào)頻容量不同。EV有不同調(diào)頻場(chǎng)景，其中有靈活調(diào)頻場(chǎng)景，可進(jìn)行上、下調(diào)頻，另一種調(diào)頻場(chǎng)景只能進(jìn)行下調(diào)頻。EV在不同場(chǎng)景下所供調(diào)頻容量如圖3所示。

圖3 不同場(chǎng)景下EV可調(diào)頻容量圖Fig.3 EV frequency adjustable capacity diagram in different scenarios

假設(shè)功率正向?yàn)镋V向電網(wǎng)吸收功率。EV1和EV2為不同的EV負(fù)荷在系統(tǒng)發(fā)生頻率波動(dòng)時(shí)所能提供的最大調(diào)頻容量，公式為

(6)

式中：Pmax為EV充電功率上限；Cap1為L(zhǎng)EV1低頻率波動(dòng)場(chǎng)景下所能提供的最大調(diào)頻容量。Cap2為L(zhǎng)EV2高頻率波動(dòng)場(chǎng)景下所能提供的最大調(diào)頻容量。

同理可以得到EV負(fù)荷群在發(fā)生低頻場(chǎng)景下的最大調(diào)頻容量，計(jì)算式為

(7)

式(7)中：Cal1為L(zhǎng)EV1低頻率波動(dòng)場(chǎng)景下所能提供的最大調(diào)頻容量。

3.2 EV負(fù)荷可用調(diào)頻容量聚類控制策略

當(dāng)調(diào)度中心給聚合商發(fā)來(lái)調(diào)度指令時(shí)，需要Pload的調(diào)頻容量。此時(shí)有N輛EV可供給調(diào)頻調(diào)度，對(duì)參與調(diào)頻的EV進(jìn)行聚類，屬于LEV1負(fù)荷組有N1輛，屬于LEV2負(fù)荷組有N2輛。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生高頻波動(dòng)時(shí)，提高屬于LEV2負(fù)荷組的EV充電功率，與此同時(shí)對(duì)屬于LEV1組的EV充電；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生低頻波動(dòng)時(shí)，控制部分屬于LEV1的EV向電網(wǎng)輸送電能，若此部分電能不足以滿足系統(tǒng)調(diào)頻容量需求，則需要降低屬于LEV2的EV充電功率。

為減小因充放電狀態(tài)頻繁轉(zhuǎn)化而造成的電池?fù)p耗。同一調(diào)度時(shí)刻參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的負(fù)荷小組數(shù)量可以單一也可以為多個(gè)，利用調(diào)頻容量較高的調(diào)頻小組優(yōu)先滿容量參與調(diào)頻，降低電池充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)，所以提出了基于EV負(fù)荷聚類的一次調(diào)頻控制策略。

當(dāng)系統(tǒng)屬于低頻波動(dòng)時(shí)，當(dāng)前調(diào)頻小組備用容量可以支撐系統(tǒng)所需調(diào)頻容量，其調(diào)頻備用容量分配式為

(8)

(9)

式(8)中：S1,i為L(zhǎng)EV1中第i輛EV負(fù)荷調(diào)頻容量；S2,i為L(zhǎng)EV2中第i輛EV負(fù)荷調(diào)頻容量；S1為當(dāng)前系統(tǒng)所需上調(diào)頻備用；S2為當(dāng)前系統(tǒng)所需調(diào)頻備用；η1,i為第i輛EV上調(diào)頻系數(shù)；η2,i為第i輛EV調(diào)頻系數(shù)；SOC1,i為L(zhǎng)EV1中第i輛EV負(fù)荷當(dāng)前荷電狀態(tài)；SOC2,i為L(zhǎng)EV2中第i輛EV負(fù)荷預(yù)期荷電狀態(tài)；SOCmax為L(zhǎng)EV2中第i輛EV負(fù)荷最大荷電狀態(tài)。

η1,i是考慮不同EV車載電池的不同，因此選擇大多數(shù)EV的車載電池作為基準(zhǔn)，將其余EV容量歸算到同一基準(zhǔn)容量之下，歸算公式為

(10)

式(10)中：C1,i為EV1中第i輛EV電池容量；CP為標(biāo)準(zhǔn)的EV電池容量。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生高頻波動(dòng)時(shí)，當(dāng)前調(diào)頻所需的備用容量大于調(diào)頻所需容量，調(diào)頻容量的分配式為

(11)

(12)

式(12)中：P2,i為L(zhǎng)EV2中第i輛EV充電功率。

在分配過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)因所需調(diào)頻容量過(guò)大而造成EV向電網(wǎng)饋電過(guò)多低于電池下限的情況，也可能會(huì)出現(xiàn)EV過(guò)充造成荷電狀態(tài)超過(guò)電池上限問(wèn)題。因此針對(duì)過(guò)充或者過(guò)放問(wèn)題限制EV向電網(wǎng)過(guò)度充電或者放電，表達(dá)式為

(14)

式(13)中：P1,ikmax為L(zhǎng)EV1中EV向電網(wǎng)饋電功率上限；P1,icmin為L(zhǎng)EV1中EV充電功率上限；P2,icmin為L(zhǎng)EV2中充電功率下限；P2,icmax為L(zhǎng)EV2中充電功率上限。

由于在充放電過(guò)充中會(huì)造成功率損失，假設(shè)功率損失由車載電池承擔(dān)，荷電狀態(tài)的計(jì)算公式為

(15)

(16)

式中：SOC1,i0為L(zhǎng)EV1中EV初始荷電狀態(tài)；ηd為放電效率；t1、t2為放電時(shí)間段。SOC2,i0為L(zhǎng)EV2中EV初始荷電狀態(tài)；ηc為充電效率；t1、t2為充電時(shí)間段。

4 算例分析

建立如圖4所示的電力系統(tǒng)模型，電動(dòng)汽車模塊通過(guò)上述策略對(duì)EV進(jìn)行負(fù)荷分組，聚合，容量分配,控制策略流程圖如圖5所示。

圖4 電動(dòng)汽車負(fù)荷參與一次調(diào)頻電力系統(tǒng)模型Fig.4 Model of electric vehicle participating in primary FM power system

圖5 控制策略流程圖Fig. 5 Flow chart of scheduling policy

本模擬在24 h內(nèi)持續(xù)仿真，該區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車總量為100輛，EV初始荷電狀態(tài)滿足N(0.4,0.9)的正態(tài)分布，EV預(yù)期荷電狀態(tài)滿足N(0.7,0.05)的正態(tài)分布，上下限為[0.55,0.85]。EV車載電池容量為40 kW·h，充放電效率為0.9，最大充放電功率為7 kW·h。為了防止過(guò)充過(guò)放造成電池?fù)p耗，荷電狀態(tài)設(shè)定為0.9。將柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)的額定功率設(shè)置為15 MW，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的額定功率為4.5 MW，光伏發(fā)電系統(tǒng)的額定功率為8 MW，住宅負(fù)荷的最大功率為10 MW，感性負(fù)荷實(shí)際功率為0.16 MV·A。

為了驗(yàn)證本文所提調(diào)頻策略的有效性，特對(duì)下面調(diào)頻策略進(jìn)行仿真。

調(diào)度策略1：EV負(fù)荷不參與系統(tǒng)調(diào)頻；

調(diào)度策略2：EV負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)頻，但是對(duì)EV負(fù)荷不進(jìn)行聚類；

調(diào)度策略3：應(yīng)用本文所提出的EV負(fù)荷聚類參與系統(tǒng)調(diào)頻；

調(diào)度策略4：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)EV不參與系統(tǒng)調(diào)頻；

調(diào)度策略5：當(dāng)負(fù)載增加，EV參與系統(tǒng)調(diào)頻。

圖6 調(diào)度策略1、2頻率波動(dòng)對(duì)比Fig.6 Comparison of frequency fluctuation of scheduling strategy 1 and 2

圖7 調(diào)度策略2、3頻率波動(dòng)對(duì)比Fig.7 Comparison of frequency fluctuation of scheduling strategies 2 and 3

圖8 調(diào)度策略4、5頻率波動(dòng)對(duì)比Fig.8 Comparison of frequency fluctuation of scheduling strategies 4 and 5

由圖6～圖8對(duì)比可以得出：隨著EV大規(guī)模入網(wǎng)，可以將EV作為一種調(diào)頻手段參與調(diào)頻，而且調(diào)頻效果顯著，具體結(jié)果見(jiàn)表1和表2。由圖9可以得出，本文所提的EV負(fù)荷聚類參與調(diào)頻控制策略相對(duì)于EV直接參與系統(tǒng)調(diào)頻荷電狀態(tài)波動(dòng)范圍小，EV電池充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)也就會(huì)比較小，降低了車載電池在頻繁充放電的過(guò)程中帶來(lái)的電池?fù)p耗。

圖9 EV荷電狀態(tài)對(duì)比Fig.9 Comparison of EV charged states

EV參與調(diào)頻相比于EV沒(méi)有參與調(diào)頻的電網(wǎng)系統(tǒng)，頻率波動(dòng)幅度大小和波動(dòng)時(shí)間都相應(yīng)減小。為了將兩種情況的頻率響應(yīng)特性量化分析，分別以上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 EV對(duì)調(diào)頻結(jié)果影響

由表1可得：當(dāng)電網(wǎng)遭受負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，基于V2G技術(shù)的EV作為可調(diào)節(jié)負(fù)荷和可中斷負(fù)荷參與電網(wǎng)的調(diào)頻，可以有效減小系統(tǒng)頻率偏差，平均減小52.04%?？s短系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)時(shí)間，平均縮短29.62%，維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，從而提高電能質(zhì)量。

設(shè)置系統(tǒng)模型加入一個(gè)1 MW的負(fù)荷作為擾動(dòng)，即增加ΔPL=1 000 kW的負(fù)荷擾動(dòng)量，分別記錄EV數(shù)量不同時(shí)頻率跌落時(shí)的最小值和最大值比，以上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行記錄，如表2所示。

表2 不同規(guī)模EV參與一次調(diào)頻結(jié)果

上述仿真結(jié)果表明，在計(jì)及V2G的情況下，電動(dòng)汽車作為可控負(fù)載規(guī)模化接入電網(wǎng)的數(shù)量與電網(wǎng)頻率擾動(dòng)大小呈負(fù)相關(guān)，電動(dòng)汽車數(shù)量越大，電網(wǎng)頻率波動(dòng)越小。

5 結(jié)論

隨著大規(guī)模的EV入網(wǎng)，EV作為一種可調(diào)節(jié)，移動(dòng)式儲(chǔ)能電源參與電網(wǎng)一次調(diào)頻以提高傳統(tǒng)調(diào)頻的效果，更能適應(yīng)未來(lái)發(fā)展。為了EV有效參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，主要做了如下工作。

(1)根據(jù)分層調(diào)頻控制結(jié)構(gòu)，負(fù)荷聚合商負(fù)責(zé)收集EV車輛信息，并將車輛信息傳遞給能量管理系統(tǒng)，由能量管理系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度EV車輛參與電網(wǎng)調(diào)度，由負(fù)荷聚合商負(fù)責(zé)將調(diào)度信息傳遞到每輛參與電網(wǎng)調(diào)度的EV中。

(2)考慮到不同EV入網(wǎng)時(shí)的荷電狀態(tài)、充放電時(shí)間、預(yù)期荷電狀態(tài)不同，首先對(duì)不同狀態(tài)的EV進(jìn)行負(fù)荷聚類以解決單體EV容量分配和有效參與電網(wǎng)一次調(diào)頻問(wèn)題。

(3)為了發(fā)揮EV移動(dòng)式儲(chǔ)能、分布式儲(chǔ)能和減少因?yàn)殡姵剡^(guò)充過(guò)放造成車載電池?fù)p耗的問(wèn)題，本文提出了考慮荷電狀態(tài)的容量分配方法。

(4)本文建立了24 h EV參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提控制策略的有效性。

本文所提出的EV負(fù)荷聚類及參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻的控制策略沒(méi)有考慮用戶參與調(diào)頻的滿意度問(wèn)題。負(fù)荷聚合商可以提供電力輔助服務(wù)，通過(guò)分配電能所得的收益，充放電次數(shù)過(guò)多產(chǎn)生的電池?fù)p耗補(bǔ)償激勵(lì)用戶參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。下一步工作將結(jié)合用戶充放電收益和充放電電池?fù)p耗成本來(lái)制定考慮用戶參與電網(wǎng)一次調(diào)頻滿意度策略。