电动汽车高渗透率的应对策略及换电站的最优规划

ElectricPowerAutomationEquipmentVol．32No．9Sept.2012329201290，［1］。［2］20153，20kW·h［3］，，600MW·h。、［4］。，，［5］，。，，。，，，、。［6］V2G（VehicletoGrid）。［7-9］V2G，。［10-11］、，。［12］。［13-14］，，，，。，。。3，，，。，，，。1，，3：、V2G。3，，。1.1，。，，。，，，，。、、、［15］。，，，曾正，赵荣祥，杨欢，金磊（浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027）：针对传统配电网对电动汽车高渗透率的应对方案进行了研究。分析、对比并评价了峰谷电价调节方案、电动汽车和电网之间交互（V2G）方案和换电池方案，结果表明换电池方案具有明显的技术经济优势。同时认为微电网是实现换电站低碳、绿色、高效运行的一种有效方式，提出了一种以运行成本最低为目标，以功率平衡、电池管理、安装容量为约束的微电网型换电站中各分布式电源的最优规划模型。最后，利用一个数值算例验证了所提模型的有效性。：电动汽车；配电网；最优规划模型；LINGO；荷电状态：TM64：A：1006-6047（2012）09-0007-06：2011－07－28；：2012－05－18：国家自然科学基金资助项目（50907060）；中国博士后科学基金资助项目（20090451438）ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（50907060）andChinaPostdoctoralScienceFoundation（20090451438）32，，，，。，、。，。，，，，。，，。。，，。，。，，。，，，、。1.2V2GV2G，，。，；，。，，。，，。，，，V2G。，、。：，V2G；，，V2G，，V2G；V2G，2，。V2G：，，［10-11］；，，，kW·h，，，、；V2G，，，。，，，。，、，。1.3，，。，，SOC（StateOfCharge）。，，，，，，，。，，，。，，。，3，。，：，：9a.，；b.，，，，。，；c.，；d.，，。，3，。，V2G。，。21，。，，，，。，、、，［16］，，、，，［17-21］，。［22-24］。2.1。，，：minF＝1365Ne鄱i＝p，w，b（Ii-Si+Mi）+Cg（1），Ne；Cg；Ii、SiMii、；i=p，w，b、。Ii：Ii=qiCi（2），qii，，，；Cii。iSi：Si=qiRi1+β1+γ鄱鄱Ne（3），β；γ；Rii。：Mi=qiHi鄱j＝1Ne1+ε1+γ鄱鄱j（4），ε；Hii。：Cg=C鄱tΩWg（t）（5），C；Ω，Ω=｛t襔Wg（t）0，1≤t≤24｝；Wg（t）t。2.2，。a.。，，。，1。，t：Ww（t）+Wp（t）+Wb（t）+Wg（t）=Wd（t）+Wv（t）t1Ww（t）+Wp（t）+Wg（t）=Wd（t）+Wv（t）t=≤1（6），Ww（t）、Wp（t）、t，Wb（t）t；Wg（t）0t，Wg（t）0；Wd（t）t；Wv（t）t。，1h，（）2。Ww（t）：Ww（t）=ηwqwPw（t）（7），ηw；Pw（t）t，，：Pw（t）=0vvciav3-bPnvci≤vvrPnvr≤vvco0vco≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤v（8）a=Pn／（vr-vci）3，b=v3ci／（vr-vci）3，vci=2.5m／s，vr=12.5m／s，vco=20m／s，Pn=4kW／m2（1m2）。，，Wp（t），：Wp（t）=ηpqpS（t）（9），ηp；S（t）t。tWb（t）2：；，。Wb（t）：Wb（t）=Wsoc（t）-Wsoc（t-1）t1（10），Wsoc（t）t，1，Wsoc（1）=qb。tTbt（t=1，2，…，24），tλt=1／Tbt，，txtk［25］：P（xt=k）=e-λλktk!（11），Wv（t）：Wv（t）=Wv0xt（12），Wv0。1（a）Tbt。Wv0=20kW·h，Wv（t）1（b）。b.。，。，。，1kW·hTc，1／Tc。：Wsoc（t）-Wsoc（t-1）≤qb／Tct1（13），，，。，Qbs。，：Qbs≤Wsoc（t）≤qb（14）c.。，DER（DistributedEnergyResource）。：qp，min≤qp≤qp，max（15），qp，minqp，max。。3。1。Ne=20。，，，2。，β=9%，ε=12%，γ=12%，Qbs=1MW·h，ηw=50%、ηp=12%，Tc=2h，C=0.12$／kW·h。2（a）2（b）、，Homer。，LINGO［26］。：qw=224.26m2、qp=4607.42m2、qb=1608.13kW·h，F=$687.4。，，$590.4。，，，，，，。2（c），，24h，，32DERCiRiHiqi，minqi，max／a450$／m245$／m24.3$／（a·m2）020000m220100$／m210$／m21.25$／（a·m2）050000m225400$／（kW·h）010$／［a·（kW·h）］05MW·h101Tab.lParametersofmicropowersources1Fig.1Loadcharacteristicsofelectricvehicles3020100Tbt／min6121824t／h（a）5000Wv（t）／kW6121824t／h（b）250，：93Fig.3Curveofunbalancedpower，，。，1MW·h，。2（d），，。：Wu（t）=Wp（t）+Ww（t）+Wb（t）+Wg（t）-［Wv（t）+Wd（t）］（16）3，。，，，、、。，，、、，［27］。4，。a.3：、V2G。：；，；，、；，，。，3，3。b.。，，、、，，，。，，。c.。、。：［1］，，，.［J］.，2009，33（4）：1-5.ZHANGWenliang，WUBin，LIWufeng，etal.Discussiononde-velopmenttrendofbatteryelectricvehiclesinChinaanditsenergysupplymode［J］.PowerSystemTechnology，2009，33（4）：1-5.［2］.：［EB／OL］.［2011-06-11］.http：∥auto.163.com／11／0602／14／75I6HJ3500084JU1.html.［3］，，.［J］.，2011，35（4）：1-7.SONGYonghua，HUZechun，YANGYuexi.Presentstatusanddevelopmenttrendofbatteriesforelectricvehicles［J］.PowerSystemTechnology，2011，35（4）：1-7.［4］，.［J］.，2011，35（2）：127-131.GAOCiwei，ZHANGLiang.Asurveyofinfluenceofelectric2Fig.2Systemvariablesandoptimizationresults80604020Wd／kW6121824t／h（a）0.90／（kW·m-2）6121824t／h（b）************************0.60.31.706-3W／MW6121824t／h（c）3*************0*************Wg，Wv，Wp，Ww，Wb000.8-0.8Wu／W6121824t／h001.00Wsoc／MW6121824t／h（d）1.350vehiclechargingonpowergrid［J］.PowerSystemTechnology，2011，35（2）：127-131.［5］，.［J］.，2011，35（1）：164-169.RENGuizhou，CHANGSiqin.Ahigh-efficiencyregenerativebrakingforelectricvehicles［J］.PowerSystemTechnology，2011，35（1）：164-169.［6］GUILLEC，GROSSG.AconceptualframeworkfortheVehicle-to-Grid（V2G）implementation［J］.EnergyPolicy，2009，37（11）：4379-4390.［7］MITRAP，VENAYAGAMOORTHYGK.Wideareacontrolforimprovingstabilityofapowersystemwithplug-inelectricvehi-cles［J］.IETGeneration，Transmission&Distribution，2010，4（10）：1151-1163.［8］TOMIJ，KEMPTONW.Usingfleetsofelectric-drivevehiclesforgridsupport［J］.JournalofPowerSources，2007，168（2）：459-468.［9］KEMPTONW，TOMIJ.Vehicle-to-gridpowerimplementation：fromstabilizingthegridtosupportinglarge-scalerenewableenergy［J］.JournalofPowerSources，2005，144（1）：280-294.［10］CLEMENT-NYNSK，HAESENE，DRIESENJ.Theimpactofchargingplug-inhybridelectricvehiclesonaresidentialdis-tributiongrid［J］.IEEETransactionsonPowerSystems，2010，25（1）：371-380.［11］GALUSMD，KOCHS，ANDERSSONG.Provisionofloadfre-quencycontrolbyPHEVs，controllableloads，andacogenerationunit［J］.IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2011，58（10）：4568-4582.［12］HANSekyung，HANSoohee，SEZAKIK.Developmentofanop-timalvehicle-to-gridaggregatorforfrequencyregulation［J］.IEEETransactionsonSmartGrid，2010，1（1）：65-72.［13］SABERAY，VENAYAGAMOORTHYGK.Plug-invehiclesandrenewableenergysourcesforcostandemissionreductions［J］.IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2011，58（4）：1229-1238.［14］SABERAY，VENAYAGAMOORTHYGK.Intelligentunitcom-mitmentwithvehicle-to-grid-acost-emissionoptimization［J］.JournalofPowerSources，2010，195（3）：898-911.［15］，，，.［J］.，2011，35（14）：36-42.LUOZhuowei，HUZechun，SONGYonghua，etal.Studyonplug-inelectricvehicleschargingloadcalculating［J］.Automa-tionofElectricPowerSystems，2011，35（14）：36-42.［16］.［EB／OL］.［20