V2G技术概述

V2G技术概述

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2016.3.9

摘要：V2G（vehicle-to-grid）技术可实现电网与电动汽车（EV: electric vehicle）之间能量的双向流动，EV

用户可以是能量消耗者，也可以是能量供应者。在合理控制下，V2G技术的应用可提供调峰、调频以及电

压控制，增加对间歇性的可再生能源的消纳，维持电力系统安全稳定运行。而在实现以上辅助服务的过程

中，还存在着很多挑战以及需要解决的问题，诸如专门的双向通信网络建设、用户的隐私保护、促进用户

与电网互动的激励机制的制定，对V2G技术的研究具有非常重要的意义。本文是一篇对V2G技术的概述类

文献，对其概念、应用、研究内容与方向以及待解决的问题作了简要阐述。

A Summary of V2G Technology

Abstract: V2G（vehicle-to-grid）is a kind of technology which can realize the bidirectional energy flow between the

power grid and electric vehicles. And EV users can be both energy consumers and energy suppliers. Under the

rational control, the application of V2G provides load shaving, frequency regulation as well as voltage control, and

increases the absorption of intermittent renewable energy to maintain the safety and stability of the power system.

However, to make aforementioned ancillary services come true, we will be in the face of numerous challenges and

problems to be solved. Such as the construction of dedicated both-way communication network, privacy protection

of EV users, and the establishment of incentive mechanisms to encourage users to interact with the power grid.

Accordingly, the research in V2G technology has the significant meaning. This paper is a summary of V2G

technology, involving the concept, applications, the contents and orientation of the research as well as the

challenges and problems to be solved.

1. 引言

EV有利于减少温室气体排放，是一种绿色的交通工具，一辆配有10kwh电池的EV大概可行驶30英里；经研究表明，EV的使用可以给用户带来不错的经济效益；发电和负荷的实时平衡是维持电力安全、稳定运行的基本要求，据统计，90%的电力中断和干扰与配电网有关，EV的接入为电力系统提供大规模的可控储能装置，在合理充放电控制下可提供调频、电压控制、旋转备用等辅助服务，可有效缓和间歇性的新能源大规模并入电网所带来的电网波动性，提高电网的效率、灵活性以及可靠性；EV属于一种分布式、可控储能装置，可有效减少发电能源损耗、供电线损，提高能源利用率。基于以上原因，学术界和工业界对其饶有兴趣，各国政府也都大力推行EV的相关政策，以促进其广泛应用，其市场份额也与日俱增。目前比较盛行的EV品牌有特斯拉（Tesla，全球第一家采用锂离子电池的电动汽车公司）、比亚迪（BYD，国内新能源汽车领域引领者）等。

而大规模EV不加控制得并入电网，尤其是在聚集充电、高峰充电情况下，会加大负荷峰谷差，加重配电网的供电负担。此外，EV的充电负荷具有非线性、不稳定的特征，引进的电力电子设备将产生谐波，会损害电网电能质量。经研究表明，合理的充放电控制，可有效抑制、消除其对电网的不利影响，促进电网安全、稳定运行。

而以上的前提就是需要电网和EV的能量互动。V2G技术，概括得来说，就是一种实现电网和EV 之间能量双向流动的机制，EV可通过整流技术从电网摄取能量，也可通过逆变技术向电网回馈能量，可以说是智能电网（smart grid）的重要组成部分。文献[1]，[2]对V2G技术进行了深入的阐述。

综上所述，对V2G的研究具有很重要的意义，本文属于概述类文献，主要是对V2G技术的概念、应用、所研究问题与方向以及其实现过程中所面临的挑战作简要叙述。

2.V2G技术

V2G技术可实现能量的双向流动，增加用户与电网的互动性，使用户不再只是能量消耗者，还可以是能量供应者。V2G系统与固定的能量储能系统不同之处在于，其具有能量存储、携带、输送机制。部分文章对V2G技术的应用以及PHEV的性能作了评估。文献[3]对汽车电池充放电调度以缓和住宅负荷波动的最优性做出评估，并用仿真工具比较了无任何智能充电场景、不涉及V2G的本地智能充电优化场景以及涉及V2G的充电优化场景。文献[4]提出了一种新型的基于能量的电气化潜能系数（EPF），其可用于从用户、汽车工业以及公用事业角度评估PHEV的综合效益和影响，分析了不同的驾驶曲线和控制策略下的行驶成本和电池寿命间的权衡。文献[5]提出一种对电力系统的实时检测诊断，考虑的系统参数包括电压曲线、电压稳定性、阶跃电压调整器（SVR）运作、功率以及能耗。结果表明对于给定的V2G渗透水平，三相全系统V2G并入在系统性能和经济运行上比单相V2G并入好，同时得出在一个最优位置用V2G停车场向电网注入无功功率可以减少大约95%的能耗（相对于没有V2G设施的能耗）。图1所示为插入式混合电动汽车（PHEV）的V2G系统示例图[6]。PHEV的功能就在于其可由电动机驱动，也可由内燃机驱动。图中描述的是PHEV三种场景下（家里，工作场所以及行驶路途中）的能量走向，其中PHEV控制器（PHEV controller）的功能包括控制电池充放电、控制电动机和内燃机的运转、检测电池的状态和能量需求等。

图 1 PHEV的V2G系统示例图

2.1 V2G技术的应用

对V2G的研究涉及甚广，其应用也牵扯得比较多，以下涉及的是我经查阅资料后列举的一些主要应用。

1）调峰、调频、电压控制

V2G的两个主要应用就是调峰和调频。所谓调峰，即在电网负荷低谷时，电网给EV充电，以存储