傳統(tǒng)汽車尾氣的排放給空氣帶來影響，各國政府在新技術(shù)開發(fā)方面高度重視。電動汽車（Electric Vehicle）將清潔電能轉(zhuǎn)化為汽車的動能，在人們長期的使用過程中可以實(shí)現(xiàn)碳的零排放[1]。中國人口基數(shù)大城市化進(jìn)程加快為EV的推廣提供了契機(jī)。雖然接入電力系統(tǒng)可以有效降低CO2的排放總量[2]，可是目前面臨很多技術(shù)瓶頸問題[3]。無線充電技術(shù)[4,5]和智能充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[6]將成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

充電站運(yùn)營商通過對EV荷電狀態(tài)信息采集[7],在滿足客戶需求和配電變壓器不過負(fù)荷條件下最大程度達(dá)到削峰填谷的效果。對峰谷電價的定價措施使EV合理充電，達(dá)到電網(wǎng)、運(yùn)營商和客戶共贏的目的。

通過對EV有序接入和無序接入電網(wǎng)的結(jié)果分析動態(tài)實(shí)時的響應(yīng)分時電價，可以明顯提高電動汽車充電站的盈利水平[8]。采用分時電價的同時可能會引發(fā)新的問題，夜間EV充電的電價比較低，大規(guī)模的EV同時有序接入的充電樁，可能引起用電高峰出現(xiàn)并且減小配電變壓器的使用年限。通過建立了EV用戶響應(yīng)和校正下的峰谷分時電價模型[9]，在不同的地區(qū)針對峰谷電價的實(shí)施情況也不一樣，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況來去定價。

前期控制策略研究主要是集中式控制[10-13]，EV接入微電網(wǎng)充分利用清潔能源，可以提高微電網(wǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益[14]。分層分區(qū)調(diào)度策略控制優(yōu)勢相對明顯[15]。以實(shí)時電價為背景實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)與供電側(cè)的雙贏[16]，對于特定車型在滿荷電狀態(tài)條件下，最大的行駛里程也是固定的。采用馬爾科夫鏈型與Dijkstra 算法量化EV充電需求點(diǎn)時空分布情況[17]。

提出充電控制策略方案的在線應(yīng)用[18]，通過控制器控制住宅區(qū)負(fù)荷值小于設(shè)定功率限值，在滿足EV充電條件下最大程度利用低谷時段充電。分層控制的方案簡單易于擴(kuò)展，對大量EV入網(wǎng)控制比較實(shí)用[19,20]。為解決EV無序入網(wǎng)充電引發(fā)的“峰上加峰”的問題，合理的調(diào)動EV用戶有序充電是有必要的[21]。EV入網(wǎng)會對系統(tǒng)整體規(guī)劃、運(yùn)行方式和充放電的利用與控制等方面進(jìn)行論證[22]。

當(dāng)前關(guān)于V2G的控制策略理論研究中發(fā)現(xiàn)EV用戶對調(diào)度模式的響應(yīng)度比較低，很難在市場上大規(guī)模的推廣應(yīng)用。深入分析放電優(yōu)缺點(diǎn)[23]，制定了放電價格的范圍，并以京津唐電網(wǎng)的實(shí)際情況分析得出V2G模式的實(shí)施可以降低電網(wǎng)的日負(fù)荷方差使用戶受益。

EV可以在電網(wǎng)高峰時段作為電源對電網(wǎng)供電，在電網(wǎng)低谷時段作為負(fù)荷從電網(wǎng)獲取電能，電動汽車參與電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)具有一定的實(shí)際意義[24]。文獻(xiàn)[25]以快速充電站為背景，通過制定峰谷、峰平、谷平時段的充電價格，用戶根據(jù)EV的荷電狀態(tài)合理的選擇充電起始時間減小充電成本。

根據(jù)公交車的運(yùn)行規(guī)律將快速充電成本最低為目標(biāo)[26]，通過對入網(wǎng)時間有效控制減小負(fù)荷波動帶來的影響。通過對上層模型節(jié)點(diǎn)阻塞電價的求解去優(yōu)化下層的EV充電負(fù)荷[27]，上下雙層互聯(lián)可以提高電網(wǎng)和用戶之間的雙向通信有利于EV的調(diào)度。EV入網(wǎng)控制策略就是要通過一些措施或者方案使電動汽車有序接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)波動最小、運(yùn)營商與電動汽車用戶獲取經(jīng)濟(jì)利益最大化。

圖1 EV接入對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

綜合評價分析

為了使EV有序接入電網(wǎng)，針對于特定的實(shí)際情況中會采取不同的優(yōu)化控制策略。EV將成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。控制策略按照控制目標(biāo)來分可以分為單目標(biāo)和多目標(biāo)控制策略，對于EV入網(wǎng)控制策略來說也就是研究電網(wǎng)公司、充電站運(yùn)行商和用戶之間的關(guān)系。優(yōu)化目標(biāo)主要有電網(wǎng)負(fù)荷波動的方差最小，充電站運(yùn)營商受益最大和用戶的充電成本最低。

控制策略一與控制策略七為單目標(biāo)優(yōu)化控制策略都是采用96點(diǎn)負(fù)荷曲線進(jìn)行研究，控制策略一重點(diǎn)研究運(yùn)營商獲益最大的策略。存在的問題是采用不同的時間間隔應(yīng)該依據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況合理設(shè)置。時間間隔的確定要根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。在夜間谷時段因?yàn)殡妰r相對于運(yùn)營商來說較低，運(yùn)營商為了追逐利益最大化。充電站集中大規(guī)模的汽車充電可能導(dǎo)致局部高峰現(xiàn)象的出現(xiàn)。

客戶緊急需求的條件下，在很短時間限內(nèi)為用戶提供EV提供很多電能，充電站內(nèi)不能滿足要求出現(xiàn)客戶離開的情況。在求解優(yōu)化時不存在解。在某些情況下，通過簡單分時電價定價調(diào)節(jié)不能解決局部峰谷差現(xiàn)象。

單目標(biāo)優(yōu)化控制策略雖然使其獲益最大，并不能保證電網(wǎng)負(fù)荷波動的穩(wěn)定，在某些情況下也不能滿足用戶需求。控制策略二將低碳理念引入控制策略并且建立了一定的懲罰措施。在策略二中運(yùn)營商作為電網(wǎng)與電動汽車的媒介，實(shí)現(xiàn)信息與電能互動。相對于傳統(tǒng)負(fù)荷，EV具備儲能特點(diǎn)可以在G2V和V2G兩種形式下運(yùn)行。

在CDM（Clean Development Mechanism）市場條件下，CO2排放量對于發(fā)電主體來說具有一定標(biāo)準(zhǔn)尺度。EV通過充電樁獲取電能的同時增加了CO2排放量。EV替代傳統(tǒng)耗油汽車將CO2從交通轉(zhuǎn)移到電力行業(yè)。雖然減少了CO2的排放量可是增加了發(fā)電成本。

控制策略四、五和七的控制策略都是以分時電價為依據(jù)，策略四以運(yùn)營商購電成本最小確定目標(biāo)負(fù)荷曲線，用引導(dǎo)后的實(shí)際充電負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷方差最小為目標(biāo)作為電網(wǎng)是否穩(wěn)定的判據(jù)。

策略五針對電動汽車調(diào)度機(jī)構(gòu)建立計(jì)及電網(wǎng)負(fù)荷波動及用戶成本的多目標(biāo)優(yōu)化模型。兩個目標(biāo)函數(shù)相互影響，不同分時電價改變峰谷電價差值和負(fù)荷方差值不一樣、用戶的充電成本也不相同。

在考慮用戶成本條件下，如何合理的選擇分時電價，使峰谷差值和負(fù)荷均方差值減小值的研究。權(quán)重因子體現(xiàn)了各目標(biāo)函數(shù)所占比重，其選擇將直接影響優(yōu)化結(jié)果，調(diào)度策略下在高價差和高均值且含尖峰分時電價下對調(diào)峰顯著，可是會帶來客戶投資成本的增加。想達(dá)到綜合最優(yōu)要將合理的定價機(jī)制與權(quán)重分配考慮在內(nèi)。

策略三與策略六都采用了分層的控制方法，分層控制策略具有比較好的擴(kuò)展性，因地制宜結(jié)合各種調(diào)控方案，實(shí)現(xiàn)下級中心負(fù)荷緊跟計(jì)劃目標(biāo)負(fù)荷協(xié)同上級中心的削峰填谷優(yōu)化。實(shí)行EV有序充電負(fù)荷跟隨的方案作為下級中心控制策略嵌入分層策略中，該控制策略可以根據(jù)電動汽車運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行架構(gòu)的擴(kuò)展，也可以深入分析EV反送電的分層控制策略。

結(jié)論

EV作為新興負(fù)荷接入給電網(wǎng)穩(wěn)定帶來影響，EV有序接入電網(wǎng)充電對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響相對比較小。電網(wǎng)公司的要求是電力系統(tǒng)的負(fù)荷波動最小，EV運(yùn)營商的目的是購電成本最小，在國家政策的控制下通過充電價格制定獲取一定的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)分析在充電價格變化范圍內(nèi)，大量研究表明有效的控制策略可以讓電網(wǎng)公司、充電站運(yùn)營商和EV用戶共贏。在分析多目標(biāo)優(yōu)化控制時重點(diǎn)考慮權(quán)重分配問題。隨著電動汽車數(shù)量的巨增，大量電池的回收利用和充電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)將成為下一步研究的熱點(diǎn)。