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發(fā)布時間： 2018/7/10 8:29:44 點擊量： 次 作者：
近日有報道稱，隨著純電動汽車的普及與V2G技術(shù)的不斷成熟、特斯拉有可能重返V2G戰(zhàn)場。國家發(fā)改委近期提出的《關(guān)于創(chuàng)新和完善促進綠色發(fā)展價格機制的意見》中也有提到，鼓勵電動汽車提供儲能服務(wù)，并通過峰谷價差獲得收益。電動汽車V2G技術(shù)到底是什么？它又怎樣提供儲能服務(wù)？本文可給大家提供一些意見。
電動汽車入網(wǎng)（Vehicle to Grid，簡稱V2G）技術(shù)就是電動車輛的能量在受控狀態(tài)下實現(xiàn)與電網(wǎng)之間的雙向互動和交換，是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，應(yīng)用V2G和智能電網(wǎng)技術(shù),電動汽車電池的充放電被統(tǒng)一部署，根據(jù)既定的充放電策略,在滿足電動汽車用戶行駛需求的前提下，將剩余電能雙向可控回饋到電網(wǎng)。簡單來說V2G就是以電動汽車的動力電池作為電網(wǎng)中的分布式電源，實現(xiàn)電網(wǎng)儲能、支持智能電網(wǎng)工作的一種應(yīng)用方式。
2. 1 雙向智能充放電裝置
雙向智能控制裝置作為V2G技術(shù)中的關(guān)鍵功率部件,用于實現(xiàn)電網(wǎng)與電動汽車間的能量雙向流動,可工作在充電模式和V2G模式:如果選擇充電工作模式,即只是對車輛進行充電操作,不將車輛電池能量回饋至電網(wǎng);如果選擇V2G工作模式,裝置根據(jù)用戶在人機交互終端上選擇的車輛SOC上下限門限值,或裝置默認的SOC上下限門限值,將連接車輛可充放電的實時容量、受控時間等信息提供給后臺管理系統(tǒng),后臺管理系統(tǒng)下發(fā)充放電控制指令,裝置根據(jù)車輛電池當前SOC進行充、放電操作,實現(xiàn)能量的雙向流動。下圖所示為雙向智能控制裝置主回路拓撲。
其拓撲特點如下:
(1) 采用三相全橋雙向PWM變換,能對電池進行充放電;
(2) 電網(wǎng)交流與電動汽車電池側(cè)采用隔離變壓器進行電氣隔離
(3) 同時隔離變壓器可進行交直流之間的電壓匹配;
(4) 交流側(cè)和直流側(cè)配置過載過流斷路器;
(5) 交流直流側(cè)均配置有預(yù)充電回路,啟動方式靈活;
(6) 采用一級變換器,拓撲簡單,可靠性高。
2. 2 人機交互終端
人機交互終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要由嵌入式控制器、觸摸顯示屏、射頻卡讀卡器、CAN通信卡、遠程監(jiān)控通信擴展卡、微型打印機等部分組成。主要功能有:界面顯示、身份識別、EV2PCS控制模式、票據(jù)打印、數(shù)據(jù)管理和查詢、個性化參數(shù)設(shè)置、語言切換、以及用戶操作幫助和異常信息提示等。
2. 3 后臺管理系統(tǒng)
后臺管理系統(tǒng)包括充放電策略控制子系統(tǒng)和能量管理子系統(tǒng);充放電策略控制子系統(tǒng)主要功能是根據(jù)能量管理系統(tǒng)提供的可充放電總?cè)萘俊㈦妰r以及當前電網(wǎng)的實時負荷信息,采用適當?shù)某浞烹姴呗运惴?計算出電網(wǎng)實際允許的充電或放電容量,從而動態(tài)地實現(xiàn)車輛車載電池組與電網(wǎng)的雙向能量交換;能量管理子系統(tǒng)主要功能是實時監(jiān)測車載電池組工作狀況、提供充放電策略基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、為每臺EV2PCS提供充電或放電容量二次分配指令。
2. 4 車輛電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)(BMS)是對車輛電池性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備,將BMS和EV2PCS之間建立聯(lián)系,使充電裝置實時了解電池信息,改變自己的執(zhí)行策略和輸入輸出電流,以保障車輛運行、電池安全和延長使用壽命。BMS主要功能包括:實現(xiàn)電池運行狀態(tài)的實時監(jiān)控;電壓、電流、溫度、SOC等數(shù)據(jù)采集、顯示、傳輸;電池故障診斷、告警和安全保護;故障自檢和診斷;充放電均衡;與車輛控制系統(tǒng)和智能充放電充電裝置雙向通訊等。
2. 5 智能電表
智能電表作為作為V2G應(yīng)用的重要技術(shù)組件,工作原理,主要功能包括雙向計量、雙向通信、事件記錄(記錄電表斷相、失壓、過壓、失流、電流不平衡、超功率、超需量、過壓、開蓋、逆相序等事件,記錄時鐘對時、記錄數(shù)據(jù)清零、參數(shù)設(shè)置、電表上下電等事件)等。
用戶首先插入IC卡, UT終端通過射頻卡讀卡器讀取用戶信息,在人機操作界面上顯示卡上剩余電量和上次消費記錄情況,待用戶設(shè)置工作模式及其相關(guān)信息后,提示用戶正確連接充電插頭,并確認啟動充電模式或V2G模式。
工作模式確定好后,UT將與EV2PCS確認充放電接口是否正確連接,確認后發(fā)送控制信號給EV2PCS,啟動充電裝置EV2PCS的工作為待機狀態(tài),等待后臺控制指令。
EV2PCS按用戶選擇的運行模式執(zhí)行后臺充放電指令,在運行過程中,UT定時獲取電表數(shù)據(jù)、電池組數(shù)據(jù)并進行計費以及保存數(shù)據(jù)。當達到用戶設(shè)置的參數(shù)或用戶自行終止時,發(fā)送停止指令給EV2PCS,控制EV2PCS斷電,在人機操作界面上提示用戶充放電完畢,用戶拔下插頭后,可以進行打印票據(jù)操作。
電動車輛作為既有的分布式移動儲能單元,通過智能電網(wǎng)技術(shù),對車輛充放電進行長期、成功管理,V2G技術(shù)將在智能電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。
4.1 負荷轉(zhuǎn)移
雖然電價是固定的，但短期內(nèi)發(fā)電成本卻是邊際成本遞增的(原因不在此處展開)。因此，電網(wǎng)希望全社會的用電需求是穩(wěn)定的，最好是常數(shù)。可哪有這么好的事情啊，夏天開空調(diào)、春秋不開空調(diào)，這是季節(jié)波動;下班回家看電視做飯加充電用電多，12點后關(guān)燈睡覺用電少，這是日內(nèi)波動。
減少波動無非就是兩種措施：高峰時盡量少用電、甚至給電網(wǎng)充電(削峰)，低谷時鼓勵用電(填谷)，特別是那些具備儲能功能的電器。這在電網(wǎng)叫需求側(cè)管理(DSM, demand side managemand)。需求側(cè)管理在研究領(lǐng)域很火，但一直很難辦，因為一般家庭里都沒有儲能功能的電器。如果一個城市10%的汽車換成電動汽車，而且這些車都是晚上8點充電的話，有可能使峰值負荷增加20%!(如下圖所示)對電網(wǎng)的沖擊，意味著需要更大的發(fā)電固定資產(chǎn)投資，這時常也是電動汽車反對派常用的論據(jù)，電動汽車可能會造成電網(wǎng)癱瘓。
如果V2G的負荷轉(zhuǎn)移得當，從上圖的藍色區(qū)域移到黃色區(qū)域，問題即可解決。更理想的狀態(tài)，在晚上8點不僅不用電，還給電網(wǎng)充電，這樣就減少了峰值負荷，減少了大量的發(fā)電固定資產(chǎn)投資，不是很好嗎?當然，這個很困難，面臨很多難以逾越的難題，比如鋰電池壽命，比如并電入網(wǎng)。
4.2 負荷調(diào)節(jié)
電網(wǎng)并不存在超大的UPS，而是電網(wǎng)繃緊神經(jīng)跟隨我們的用電需求。晚上8點到了，用電高峰來了，電網(wǎng)就開啟更多的機組，加大發(fā)電功率，跟上用電需求；晚上12點到了，大家都睡了，用電低谷來了，電網(wǎng)就關(guān)閉機組，降低功率，跟上用電需求。這個過程就可以簡單地理解為負荷調(diào)節(jié)。如果跟不上頻率會波動，再嚴重點，進而就是停電，從小范圍停電到大范圍停電。并且值得提出的是，不僅發(fā)電少于需求會停電，發(fā)電多于需求也會停電，這也就是為什么電網(wǎng)不希望我們私自發(fā)電并網(wǎng)。因為現(xiàn)在電網(wǎng)只有供給側(cè)管理，這種私自的發(fā)電并網(wǎng)會危害負荷調(diào)節(jié)，嚴重時還會造成事故。
4.3 旋轉(zhuǎn)備用
為應(yīng)對潛在的事故，電網(wǎng)還準備了很多備用機組來應(yīng)對緊急情況。這些備用機組雖然功率不大，但由于對響應(yīng)時間要求苛刻(小于1分鐘)，所以成本也是蠻高的。這些旋轉(zhuǎn)備用機組有可能一年也用不上一次，但也必須得備著。
這時，電動汽車的鋰電池就是一個完美的旋轉(zhuǎn)備用機組，響應(yīng)時間以微秒計。假如一個城市幾十萬輛電動汽車在連入電網(wǎng)時，可以為電網(wǎng)所控制，為電網(wǎng)所用，那旋轉(zhuǎn)備用機組的投資就可以節(jié)省了。電動汽車也很開心，旋轉(zhuǎn)備用一年也用不了一次，只需要承諾每天晚上回家插上電就能收旋轉(zhuǎn)備用租金。當公共供電系統(tǒng)受損無法正常提供電力時，可以使用動力電池中的備用電力向家庭供電，以維持家庭的正常用電。
設(shè)想的V2G可能的應(yīng)用模式和應(yīng)用場景有:
(1) 居民小區(qū)(V2H,Vehicle to Home) ;
(2) 辦公樓宇(V2B,Vehicle to Bulding) ;
(3) 大型專用停車場;
(4) 超市、大賣場或購物中心;
(5) 政府、學(xué)校辦公樓;
(6) 利用清潔能源對車輛充電等。
4.4 穩(wěn)定新能源并網(wǎng)
除了上述的負荷轉(zhuǎn)移、負荷調(diào)節(jié)與旋轉(zhuǎn)備用之外，還要再補充一點。這些年風(fēng)頭正勁的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，電網(wǎng)并不太喜歡。為什么呢?因為傳統(tǒng)的供給側(cè)管理中，發(fā)電量是可控的。而風(fēng)電、光電波動太厲害。
既然國家要鼓勵風(fēng)電光電，電網(wǎng)也只好建儲能電站，用大規(guī)模電池組成的“電容”把光電、風(fēng)電的波動給濾掉。但這成本太高。如果真的有大量電動汽車接入電網(wǎng)，把這部分成本省下分給電動汽車一部分，就可實現(xiàn)共贏互利。
就這樣電動汽車產(chǎn)業(yè)與光伏產(chǎn)業(yè)，兩大風(fēng)光無限但發(fā)展受阻的國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，看似風(fēng)馬牛不相及，但一結(jié)合就互相解決了對方的難題。
以上都是V2G技術(shù)的理想應(yīng)用情況，對電網(wǎng)而言利益是巨大的，對電動汽車來說也有一定的獲利方式，雙方可達到互利。
（本文北極星儲能網(wǎng)獨家整理，內(nèi)容及圖片來源自知乎作者張抗抗、及論文《電動汽車入網(wǎng)技術(shù)(V2G)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用》）
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