电动汽车入网技术及社会综合效益研究

随着经济发展与能源供给、环境污染之间的矛盾的日益激化,节能降耗,减少对化石燃料的依赖,已成为我国经济持续发展迫切需要解决的问题。电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车,它以电代油,能够降低碳排放、噪声低,是解决交通、能源和环境问题的重要手段。我国自“八五规划”以来,已在研发电动汽车方面投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,开发出一批电动汽车整车产品,在北京、武汉、天津、株洲、杭州等城市开展了不同形式的小规模示范运行。 电动汽车是电力系统的新型负荷,其充电在时间和空间上都具有随机性,且大规模电动汽车的集中充电将极大影响传统负荷曲线,影响电力系统的安全稳定运行。电动汽车既是电能的使用者,也可以被当作电能存储装置使用。由大量的电动汽车及充放电设备构成的电动汽车接入网络(Vehicle to Grid, V2G)可以通过在用电低谷时段充电,而在用电高峰时段放电的方式实现对负荷削峰填谷,同时减弱可再生能源的间歇性对系统运行所带来的负面影响。 在此背景下,本文针对电动汽车的充电负荷对电力系统,尤其是配电系统可能造成的影响；以平抑可再生能源波动性为目标的电动汽车有序充放电调度方法；电动汽车换电站参与微网运行、吸纳或者补充可再生能源出力以及电动汽车项目能为我国实现的综合社会效益四个子课题进行了研究,并取得了以下研究成果： 1)作为一种具有时空不确定性的新型负荷,电动汽车接入电力系统充电将影响发电侧的机组组合计划,降低输电系统容量充裕度水平,影响配电系统的电能质量和供需平衡。特别是对于配电系统,电动汽车自由充电负荷将大大增加系统负荷需求、引起电压越限、增加变压器故障率并降低变压器寿命、引起电压电流波形畸变等,严重影响电力系统的安全稳定运行。因此有必要研究电动汽车有序充放电策略。 2)智能电网技术的发展,尤其是电动汽车充放电技术的发展,使电动汽车与风电协同调度成为可能。具有V2G功能的电动汽车可以在必要时为风电机组提供备用服务,以缓解风电预测误差给电力系统带来的不良影响。在此背景下,本文建立了以电动汽车第三方代理利润最大为目标的电动汽车有序充放电模型,并应用粒子群算法求取最优调度结果。算例结果表明,电动汽车第三方代理在满足车主用车需求的条件下向风电场提供旋转备用服务在提高自身收益的同时可以在一定程度上改善风电出力不确定性对电力系统的不良影响。通过电动汽车有序充放电调度平抑可再生能源波动性和弥补预测误差是电动汽车未来服务电力系统的重要方面。 3)电动汽车换电站可以作为储能系统参与微网运行,提高其接纳可再生能源的能力。本文提出了以降低微网与外界电网交换功率为目标且满足车主换电需求约束条件下的电动汽车换电站运营模式。研究结果表明电动汽车换电站可以在一定程度上通过吸纳或者补充可再生能源出力降低微网与外界的交换功率,并且这种能力随换电站所辖电池数目的增加而提高。 4)相对于传统汽车,电动汽车的大规模应用将为社会实现更高的经济效益,这包括：节能效益、碳减排效益和节约电力系统运行成本的效益。通过建立电动汽车社会综合效益评估模型并基于此模型计算2020年我国电动汽车行业可能实现的全社会综合效益,本文研究发现：电动汽车较传统汽车在节能、碳减排和降低电力负荷波动性方面都有明显的经济效益；火电机组在电源结构中所占比例越小,电动汽车的综合经济效益越大；电动汽车渗透率越高,提供辅助服务的能力越强,由此获得的经济效益也就越可观。 最后对论文中所作的研究进行简要总结,并指出了这一领域有待进一步深入研究的问题。