V2G模式下电动汽车的有序充放电策略
王皓靖1, 王育飞2, 张 宇1, 方 陈1, 薛 花2, 王成龙2
【摘 要】摘 要:电动汽车规模化接入电网会对配电网的安全运行造成负面影响,研究如何控制电动汽车的充放电过程有利于配电网的安全经济运行。以削峰填谷作为优化目标,建立了基于电动汽车与电网互动(V2G)技术的光储式电动汽车充电站系统模型,提出了电动汽车定时模式、定峰模式、负荷整形模式以及V2G与储能配合模式4种有序充放电策略。基于MATLAB软件平台的算例仿真结果表明,所提策略可在一定程度上起到削峰填谷的作用,验证了所提策略的可行性和有效性。
【期刊名称】上海电力学院学报 【年(卷),期】2019(035)002 【总页数】6
【关键词】削峰填谷; V2G; 有序充电; 光储式充电站
基金项目：国家重点研发计划项目(2016YFB0101800);国家电网公司总部科技项目(520940170017)。
电动汽车(Electric Vehicle,EV)作为动态负荷,其充电行为具有很强的随机性,对电网的影响不容忽视。大规模电动汽车无序充电会降低电网运行的经济性、稳定性和可靠性,危害电网的安全运行[1-3],所以有必要采取适当的控制策略来引导电动汽车用户进行有序充电,以改善目标区域电网的负荷特性。
为充分发挥电动汽车车载储能电池能量双向流动的特性,电动汽车与电网互动(Vehicle to Grid,V2G)技术已成为当下的研究热点[4-6]。V2G技术通过设定电动汽车充放电约束条件,使其满足有序充放电策略的要求,从而实现对电网负荷曲
线削峰填谷的效果。
本文基于V2G技术,提出了电动汽车定时模式、定峰模式、负荷整形模式以及V2G与储能配合4种有序充放电策略。通过MATLAB/Simulink的算例仿真对4种模式的仿真结果进行了分析对比,验证了所提策略的可行性和有效性。
1 光储式V2G充电站系统建模
1.1 V2G特性分析
搭建V2G充放电系统模型如图1所示。该模型属于两级型拓扑结构。当电动汽车充电时,电网作为供电电源,经整流后通过DC/DC变换器向电动汽车充电;当电动汽车向电网反馈电能时,电动汽车车载动力电池作为电源,经过DC/DC升压变换以及脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)变流器逆变为交流电后送入电网[7]。在电动汽车充放电过程中,无功功率始终为零,电动汽车负载功率因数近似为1.0。
根据应用对象的不同,可将V2G的实现方法分为集中式V2G、自治式V2G、基于微电网的V2G和基于更换电池组的V2G 4类[8]。集中式V2G是指通过聚集特定区域内的电动汽车,按照电网需求对电动汽车车载电池能量进行统一调度,并由相应的管理策略来控制单台电动汽车充放电的过程。由于采用统一的调度和集中式的管理,因而易于实现整体上的最优。此外,这种方式具有可控性强的特征,可调度的电能也相对充裕。 1.2 光储式电动汽车充电站系统建模
基于上海汽车城相关项目的实际数据,搭建如图2所示的含有电网供电、光伏电源、V2G充电桩、基础负荷(普通充电桩、照明负荷)和储能电池的光储式充电站,从而为电动汽车有序充放电策略的设计提供基础平台。
光储式充电站主电路拓扑与直流微电网结构类似。它利用光伏发电和储能系统与电网供电相结合的方式,可充分利用光伏发电[9-11]。太阳光照强度在12:00左右最大,此时光伏电源出力最大。但光照强度具有间歇性、波动性的特点,储能电池可以弥补能量缺额,其与光伏的配合使用有利于光伏能源的就地消纳,同时可在一定程度上改善电网的负荷曲线。
图2中,电网侧实际负荷表示为基础负荷功率减去光伏功率。基础负荷在24 h内的不同时段负荷值PLoad不同,其最大值可表示为PLoad-max。实际负荷曲线在上午9:00以及夜间20:00左右存在负荷高峰。
为有效实现V2G技术,应首先检测电动汽车车载锂电池荷电状态(State of Charge,SOC)是否符合充放电要求。为方便考虑,认为在规定充放电时间段内储能电池与车载动力电池均可支配。
2 有序充放电控制策略
本文提出了电动汽车定时模式、定峰模式、负荷整形模式以及V2G与储能配合模式4种有序充放电策略。其中,定时模式、定峰模式以及负荷整形模式下单独使用车载储能电池调整负荷曲线;V2G与储能配合模式采用车载电池与储能电池共同改善负荷曲线。
控制策略以电动汽车为主要削峰填谷的电源,同时配以储能电池。针对确定的24 h负荷曲线,在满足每辆连网电动汽车的SOC以及每辆电动汽车充放电可变功率的前提下削峰填谷,平抑负荷曲线。 2.1 定时模式策略
据统计,电动汽车平均每天有90%的时间处于闲置状态,这为V2G定时充电模式提供了可能。
V2G模式下电动汽车的有序充放电策略
