V2G技术在微电网中应用综述

麦惠俊

（广东顺德电力设计院有限公司　广东佛山　528300）

经济的发展与生活水平的提高，使汽车作为广泛使用的交通工具，逐渐走进千家万户，根据公安部数据，截至2017年底，我国机动车保有量为3.10亿辆，其中汽车达2.17亿辆。但近年来多地雾霾天气频发，传统燃油车尾气排放造成的环境污染问题日益突出。随着政策的推动、技术的发展以及人们环保意识的提高，电动汽车迎来爆发式增长，截至2017年底，我国新能源汽车保有量达153万辆，占汽车总量的0.7%。根据预测，2020年我国电动骑车保有量将达到494.4万辆[1]。电动汽车作为电力负荷，其充电行为具有随机性、间歇性，大量电动汽车的充电行为将给电网安全运行带来较大影响[2]。通过V2G（Vehicle-to-Grid）技术应用，对接入电网的电动汽车有序管理，参与系统调度，可改善电网运行的经济性和可靠性，提高用户使用电动汽车的经济型[3]。微电网作为分布式电源接入电网的重要手段，是未来智能电网的发展方向，结合其系统结构特点，在微电网中引入V2G技术，将有助于微电网中能源的优化调度，提高供电可靠性，提高系统经济效益。

1　V2G技术概述

V2G是指电动汽车通过电力电子充电设施，既可从电网获取电能，又可在必要时向电网放电[4]。其核心思想是电动汽车与电网的友好互动，利用电动汽车动力电池作为电网的储能缓冲单元，在保证电动汽车满足使用要求的前提下，为电网提供辅助服务，改善电网运行状态，充分利用闲置状态的电动汽车，为车主创造额外收益，达双赢目的。目前V2G的实现方法可分四类：集中式V2G实现方法、自治式V2G实现方法、基于微电网的V2G实现方法以及基于更换电池的V2G实现方法；V2G四个关键问题对应四种关键技术：V2G智能调度技术、智能充放电管理技术、电力电子技术以及电池管理技术[5]。

2　微电网概述

国际上关于微电网的定义尚不统一，其中以2002年美国CERTS给出的定义较具权威，其定义为：微电网是一种由分布式电源与负荷共同组成的系统，可热电联供；内部电源主要由电力电子器件进行能量转换，并提供控制；微电网相对于大电网表现为单一的可控负荷单元，并可同时满足用户对电能质量和供电可靠性等方面的要求。随着传统能源供应的日益紧张，分布式清洁电源发展迅猛，将分布式电源通过微电网接入大电网中，使大电网不需直接面对种类各异、分布不均、数量庞大的分布式电源，是有效利用分布式电源的方式之一[6]。微电网具有节能环保、运行灵活的特点，将在未来的智能电网中发挥巨大作用[7]。

3　微电网中V2G应用前景

由于接入微电网中的风、光、潮汐等清洁能源发电出力具有随机性和间歇性，其对微电网安全运行带来的影响不容小觑，为确保系统安全可靠，储能装置在微电网中不可或缺。储能装置的加入既可平抑接入微电网中清洁能源发电的波动，又可削峰填谷减少负荷波动对大电网的压力。

刘舒等人利用加权移动平均法及上下限约束法计算微电网储能装置的容量配置，并仿真验证其平抑分布式电源的功率波动及对综合负荷进行削峰填谷的作用[8]。电化学储能因其不受地理环境限制、响应迅速、可随充随放的特点，非常适合作为微电网的储能装置。但受限于成本和循环寿命，目前大部分的化学电源均不能在储能中取得收益[9]。根据文献[8]计算结果，微电网中储能容量需求一般较大，因此将V2G技术引入微电网，利用电动汽车动力电池作为微电网储能系统的补充，可降低常规储能装置的装机容量，节省微电网总体投资，提高其经济型。而且由于电动汽车作为常用交通工具，其在微电网中接入时机与微电网其他负荷变化具有一定的相关性，利用V2G技术有利于微电网内功率平衡，提高其供电可靠性。

翁国庆等人以浙江丹山东福山岛风-光-柴-储海岛微电网为算例，基于改进粒子群优化POS算法，提出并验证了电动公交汽车电池集群V2G运行机制及调度策略，其运行机制与调度策略具有可行性和有效性，有利于降低的系统的投资与运行成本[10]。郭晓丽等人以小型办公场所微电网为基础模型，采用变惯性权值的粒子群算法对优化调度模型进行求解，电动汽车以V2G模式接入微电网，可以减少其大量接入时带来的负荷波动，同时利用其储能能力，参与微电网调度，提高微电网运行的经济型[11]。华北电力大学的魏臣利用改进的思维进化算法，提出对包含V2G的微电网优化调度的控制策略数学模型，参考一栋大楼24h内用电数据进行实例计算，验证了算法的稳定性和容错能力以及基于V2G技术的微电网优化调度效果[12]。

以上研究大多忽略了电动汽车以V2G形式接入微电网动力电池充放电带来的电池损耗成本，这对于电动汽车用户是不利的，将影响用户接入的积极性，不利于V2G技术的推广与发展。张书盈等人充分考虑不同放电深度下V2G响应对电池的损耗成本，提出电动汽车集群V2G响应成本评估模型，运营商可通过模型评估V2G响应成本，制定补偿电价机制，在保证用户利益的前提下，实现效益最大化[13]。项顶等人以京津唐电网为算例，基于我国电价体制，针对V2G削峰填谷的作用，对未来电动汽车参与V2G响应时的峰谷电价进行仿真计算。经计算预测，2030年最优V2G分时电价方案谷电充电电价为1.09元/度，峰电放电电价为2.50元/度，用户可充分利用闲置电动汽车获取利益，电力系统效率可得到有效提高[14]。

除了削峰填谷外，V2G技术还可为微电网提供旋转备用、频率调节、无功补偿、平抑新能源发电出力等辅助服务，提高微电网运行的经济性和可靠性，为用户带来经济效益。因此V2G在微电网中具有良好的应用前景。

4　结语

目前，电动化已成为汽车动力形式的发展方向，未来汽车其对电网的依赖是毋庸置疑的。微电网作为智能电网的重要组成部分，将是电动汽车接入电网的主要形式。在微电网中引入V2G技术，不单减少了大量电动汽车接入的负荷冲击，又可充分利用电动汽车的储能特性，提高微电网运行的可靠性和经济性。随着电动汽车动了电池的技术发展与能源资源紧张形势日益突出，电动汽车V2G入网成本逐渐降低，传统能源发电价格持续走高，V2G技术经济效应将逐步提高。

考虑现阶段微电网发展水平，V2G技术在微电网中的应用可适当参考以下建议：

（1）在电动汽车保有量水平相对较低阶段，利用智能充电桩对接入微电网的电动汽车进行充电管理，避免无序充电对微电网的冲击。结合电动汽车的发展，入网形式逐步向V2G模式转化。

（2）对V2G技术应用研究时，充分考虑电动汽车充放电对电池的损耗成本，通过成本收益计算，利用电价差引导电动汽车用户以V2G模式入网，使各方收益最大化。

（3）在有条件的典型微电网中引入V2G技术试点工程，分析验证技术结果，最后将其推广至智能电网中。