电动汽车电池储能在光伏发电并网中的应用

谢添卉

(北京朗新明环保科技有限公司，北京 100039)

电动汽车电池储能在光伏发电并网中的应用

谢添卉

(北京朗新明环保科技有限公司，北京 100039)

光伏发电日益成为满足用电负荷需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径。由于光伏发电出力具有波动性的特点，储能装置在光伏发电系统中必不可少。为实现光伏发电平滑并网，减少对电网和用电设备的冲击，提出将电动汽车电池作为光伏发电并网系统的储能单元的方案。制定了电动汽车电池分别作为可调度负载和分布式电源与光伏发电系统协调运行的充、放电的控制策略，并实现了电动汽车储能在光伏发电系统中的多种应用，包括跟踪发电计划，平滑发电功率输出、进行光伏发电消纳和实现电网负荷削峰填谷等。不仅为电动汽车电池储能应用于智能电网提供了新的思路，也为光伏发电并网提供新的解决方案。

光伏发电;电动汽车;储能电池;控制策略;并网

定稿日期:2014－12－29

0 引言

由于光能的间歇性和波动性，光伏发电系统独立运行很难提供连续稳定的能量输出，这已经成为制约光伏发电大规模发展的关键技术瓶颈［1］。储能对输出的平滑作用在光伏发电系统中是必不可少的［2］。电动汽车电池储能是将电动汽车看成一个分布式的储能单元，根据电网的运行状态，对电动汽车采取不同的充、放电控制策略［3－4］，接受电网调度。通过对光伏发电和电动汽车储能系统控制策略的制定，实现了电动汽车储能在光伏发电并网中的应用。为电动汽车储能应用于新能源发电并网提供了实践依据。

1 光伏发电、电动汽车储能系统架构

光伏发电、电动汽车储能系统组成:光伏发电系统功率200 kW，经2台100 kW逆变器接入380 V交流母线。电动汽车充放电机5台，每台功率20 kW，电动汽车电池配置为250 V，80 Ah锂离子电池五组。厂区峰值负载300 kW。系统采用三相四线供电，经过500 kVA变压器接入10 kV电网。在变压器进线侧设置双向计量装置。系统架构如图1所示。

图1 光伏发电、电动汽车系统组成

2 换流器控制策略

不同类型的分布式电源和储能单元，可以采用不同的控制策略。本系统主要考虑在并网条件下运行，对于光伏发电系统，可以采用常规的P/Q控制策略［5－6］。电动汽车储能单元也采用P/Q的控制策略，即直接设定分布式电源的有功和无功输出。

图2所示为换流器电路结构示意图，Lg和Rg分别为换流器串联电感和电阻。

图2 换流器电路结构示意图

由图2，得电感两侧的电压平衡式如下:

式中 iga、igb、igc表示换流器三相电流，ua、ub、uc和 uga、ugb、ugc分别表示电网三相电压和换流器三相电压，在同步旋转dq坐标系下，换流器与电网交换的有功功率和无功功率分别为:

d、q分别表示相应的电压和电流的直轴分量和交轴分量，换流器电压与电流间的关系如下:

其控制结构示意图如图3所示。

图3 换流器控制结构示意图

图3为P/Q控制结构示意图，图中P为有功测量值，Q为无功测量值，Pref为有功参考值，Qref为无功参考值，Id电流直轴分量，Iq电流交轴分量;Igdref电流直轴分量参考值，Igqref电流交轴分量参考值。Pref与P比较，其偏差经过PI调节后所得到的值Igdref作为并网电流内环的电流直轴分量参考值，Qref与Q比较，其偏差经过PI调节后所得到的值Igqref作为并网电流内环的电流交轴分量参考值。电流直轴分量Id和电流交轴分量Iq分别与Igdref、Igqref相比较后，偏差经过PI调节后得到Ugd’和Ugq’，经过逆变器输出侧设计的电感值，得出电压参考分量Ugdref和Ugqref，经过dq0/abc反变换，得到Uabc作为调制波，送给脉冲波调制模块。此结构能够控制分布式电源输出指定的有功功率和无功功率。

3 电动汽车储能系统充放电控制策略

电池的充放电控制策略要充分考虑到电网的供电能力、电池的功率需求、电池的状态以及影响电池寿命的因素等［7］。充放电机首先根据用户发出的调度命令，自动检测电网状态进行充放电模式的判定，然后判断电池初始SOC(State of Charge:即充电容量与额定容量的比值)是否处于允许的充放电区间。如果可以进行充放电，则发出充放电命令。充电时根据电池端压是否大于限定值，选择充电模式。若电池端压达到限定值，就选择恒压限流充电，若电池端压未达到限定值，则选择恒流充电，直到电池充满或充电时间结束为止。放电时一般选择恒功率放电，当电池SOC小于或等于SOC下限或时间结束时，电池的放电结束。

4 电动汽车储能在光伏发电系统中的多种应用模式

4.1 电池储能应用于光伏发电跟踪计划

电动汽车储能系统可根据电网调度给出的发电计划出力曲线和实际测得的光伏发电功率曲线差值的大小，动态调整电动汽车储能电池的充放电状态，使光伏发电实际功率曲线与计划出力曲线相一致。电网调度曲线与光伏实际发电功率曲线的差值越大，所需调度的储能电池容量越大。

跟踪计划曲线如图 4，12∶01∶00 分至 12∶60∶00 分，光伏、储能联合发电功率曲线与调度计划曲线几乎重合。在12∶30∶16的时刻测得，计划出力要求为52 kW，光伏出力67.02 kW。为满足计划出力的要求，调度电动汽车储能实际出力－16.41 kW，从而得到光伏储能联合出力 50.61 kW，对计划出力的跟踪精度误差达到了2.6%，计

划跟踪精度较高。

12∶30∶16 时，所得数据如表1。

图4 跟踪发电计划曲线图

表1 跟踪发电计划数据表

4.2 电动汽车储能应用于光伏发电平滑输出

电动汽车储能应用于新能源发电平滑输出如图5，通过跟踪光伏发电的功率曲线，设定某时间段内光伏发电功率曲线波动率限值，实时调整电动汽车电池充放电控制策略，实现发电功率的平滑输出。可见14∶01∶00分至 14∶60∶00，光伏、储能联合发电曲线较光伏发电曲线，实现了较好的平滑效果。14∶18∶00分至14∶28∶00光伏发电10分钟波动率为8.37%，经电动汽车电池储能平滑后输出功率10分钟波动性为4.65%。

14∶28∶15 时，所得数据如表2:

图5 平滑光伏发电输出曲线图

表2 平滑光伏发电输出数据表

4.3 电动汽车储能应用于光伏发电消纳

光伏发电接入后电网系统维持供需平衡的能力，是电网接纳新能源发电的最重要条件。区域电网内可接纳的光伏发电功率很大程度受限于其他电源出力的调整能力，即调峰能力。当系统负荷处于最小值时，光伏发电功率输出可能达到最大，此时，电动汽车电池则作为用电负荷消纳光伏发电，减小接入电网系统的光伏发电容量。消纳曲线如图6，在 12∶30∶00 至13∶30∶00系统运行过程中，对电动汽车电池进行充电，输出功率小于光伏发电功率，实现了消纳新能源发电的功能。

13∶26∶15 分，所得数据如表3。

图6 消纳光伏发电曲线图

表3 消纳光伏发电数据表

4.4 电动汽车储能应用于削峰填谷

削峰填谷是通过发电侧或用电侧的调度，将尖峰负荷时段内的部分负荷安排到低谷负荷时段内，减小电网负荷的峰谷差，提高负荷率，降低电网供电负担。电动汽车储能系统根据负荷预测曲线制定充放电控制策略，在负荷低谷充电，在用电高峰放电。提高电网最大负荷利用小时数，提高电网负荷率、电网设备和发电能源的利用率。

如图 7，通过电网负荷预测曲线和目标负荷曲线，调整储能系统出力，得到实际负荷曲线与目标负荷曲线几乎重合。在12∶28∶11，电网负荷110.07 kW，电动汽车电池充放电设备根据调度的要求，设置目标用电负荷功率91.00 kW，协调调度电动汽车储能电池的出力－17.86 kW。最终实现实际用电负荷功率92.21 kW。目标值与实际值之间的误差为1.31%。实现了削峰填谷的功能。

图7 电网负荷削峰填谷曲线图

20∶28∶15 分，所得数据如表4。

表4 电网负荷削峰填谷数据表

5 结束语

本文通过光伏发电变流器的电路模型的建立和数学模型的推导，制定合理的光伏发电和电动汽车充放电控制策略，通过实际工程项目验证了电动汽车储能在光伏发电并网中的多种应用。结果表明，通过本文提出的控制策略，很好的实现了电动汽车储能对分布式能源发电系统的输出特性调节，并可配合电网调度，进行的削峰填谷，提高电网负荷率和运行效益的经济性。

［1］ NISSENM B.High performance developmentas distribute generation［J］.IEEE Potentials，2009，28(6):25 －31.

［2］曹正.电动汽车储能技术研究［D］.兰州:兰州理工大学，2011.

［3］田文奇，和敬涵，姜久春，等.电动汽车换电站有序充电调度策略研究［J］.电力系统保护与控制，2012，40(21):114 －119.

［4］ CLAAS B，MARKER S，BICKERT J，et al.Integration of plug － in hybrid and electric vehicles:experience from Germany［C］.Proceedings of IEEE Power and Energy Society General Meeting，2010，Minnearpolis，MN，USA:3P.

［5］陶晓峰.分布式互补能源微网系统的控制策略研究［D］.合肥:合肥工业大学，2010.

［6］安超.并网型变速恒频双馈式风力发电系统最大风能追踪和低电压穿越控制研究［D］.北京:华北电力大学，2009.

［7］黎林.纯电动汽车用锂电池管理系统的研究［D］.北京:北京交通大学，2009.

Application of Electric Vehicle Battery Energy Storage in Grid Connection of Photovoltaic Power Generation

XIE Tian-hui

(Beijing Lucency Environ-Tech Co.，Ltd.，Beijing100039，China)

Photovoltaic power generation is becoming an effective means to meet the demand on electricity load，raise the comprehensive utilization efficiency of energy and improve the reliability of power supply.Due to valotility of photovoltaic output，the energy storage device is essential in the photovoltaic generation system.To realize smooth grid connection of photovoltaic power generation and reduce the impact on the grid and electrical equipment，this article proposes a scheme to use electric vehicle battery as an energy storage unit in the photovoltaic power generation and grid connection system，formulates charge/discharge control strategies for coordinated operation between the photovoltaic power generation system and the electric vehicle battery as schedulable load or as distributed power supply，and realization of peak clipping and valley filling of grid load.That does notonly provide a new idea about application of electric vehicle battery energy storage in intelligent grids，but also offer a new solution for grid connection of photovoltaic power generation.

photovoltaic power generation;electric vehicle;energy storage battery;control strategy;grid connection

10.3969/j.issn.1000 －3886.2015.06.009

TM615

A

1000－3886(2015)06－0027－03

谢添卉(1982－)，女，河北沧州人，电气工程师，硕士生，研究方向:电力环保，新能源等。