重庆交通大学电磁调控与信息智能感知课题组「重庆大学机械传动国家重点实验室」

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随着碳中和目标的不断推进，我国可再生能源消纳面临的形势会更加严峻，亟须挖掘更多的电力系统灵活性调节资源。电动汽车作为一种新型可变负荷，能够通过与电网的互动增强电力系统的灵活性，保障系统的经济安全运行。

输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、中国长江电力股份有限公司的研究人员姚一鸣、赵溶生、李春燕、燕智超、谢开贵，在2022年第11期《电工技术学报》上撰文，针对现阶段缺乏面向电力系统灵活性的电动汽车充放电控制研究的现状，对面向电力系统灵活性的电动汽车控制策略进行研究。给出电力系统和电动汽车的灵活性定义，设计了“最大可提供灵活性计算—电力系统灵活性需求计算—电动汽车灵活性控制”的灵活性调度方案，以充分挖掘电动汽车的灵活性调节潜力，促进可再生能源消纳。

算例分析表明，该文提出的电动汽车灵活性控制策略能够极大地改善电力系统的灵活性，同时该文模型的求解时间为秒级，完全可以满足电力系统地实时灵活性调度需求。

新能源汽车充电柱

随着碳中和目标的推进，我国可再生能源占比将逐年攀升。据估计，到2040年，我国光伏装机量将增加16倍、风电装机量将增加9倍。届时，我国电力系统中非水可再生能源的发电比例将高达30%。可再生能源具有波动性和不确定性，其大量并网将给电力系统灵活性带来严峻挑战。

“电力系统灵活性”指电力系统供需两侧响应系统不确定性变化的能力，主要体现在调度运行环节，是衡量电力系统运行性能的重要指标之一。电力系统灵活性不足将导致弃风和削负荷事件，严重威胁系统的经济安全运行。充裕的灵活性资源有助于缓解甚至消除可再生能源并网带来的负面影响，对于能源的可持续发展具有十分重要的意义。

电动汽车（Electric Vehicle, EV）作为一种新型交通工具，并网量逐年增加。预计到2030年，电动汽车电池总容量将达57亿kW·h，约为全网用电量的1/3。电动汽车是电力系统中的重要用电负荷，其可通过充放电控制调整自身负荷曲线，具有平抑可再生能源波动、提升系统灵活性的巨大潜力。

现阶段已有大量文献对电动汽车的充放电控制策略及其与可再生能源的协调调度进行研究，但是国内外对面向电力系统灵活性的电动汽车充放电控制研究仍属空白。电力系统灵活性匮乏是导致可再生能源消纳率低的主要原因，传统的电动汽车充放电控制策略没有计及系统的动态灵活性需求，阻碍了电动汽车灵活性调节潜力的充分挖掘，影响了可再生能源的消纳效果。

输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、中国长江电力股份有限公司的研究人员从面向电力系统灵活性的电动汽车实时调度角度出发，提出电力系统和电动汽车的灵活性定义，研究了电动汽车的灵活性控制策略，设计了“最大可提供灵活性计算-电力系统灵活性需求计算-电动汽车灵活性控制”的灵活性调度方案。

图1 灵活性调度方案

研究人员将电力系统灵活性定义为“系统运用自身资源禀赋应对可再生能源变化的能力”，考虑的可再生能源类型为风电。灵活性具有方向，且需在一定时间尺度下描述。根据方向的不同，灵活性可分为两类：向上灵活性和向下灵活性。向上（下）灵活性指风电突然减小（增加）时系统最大能增加（减小）的净出力功率。其中，净出力功率指常规机组总发电功率和负荷总需求功率的差值。根据时间尺度的不同，灵活性可分为调频灵活性（秒级）、爬坡灵活性（分钟级）和调峰灵活性（小时级）等。

他们指出，本课题研究的灵活性时间尺度为15min，主要针对爬坡灵活性。随着风电渗透率的增加，充裕的电力系统灵活性变得越发重要。向上（向下）灵活性不足将导致切负荷（弃风）事件，严重威胁电力系统的经济安全运行。

此外，研究人员将电动汽车灵活性定义为“电动汽车利用充放电控制调整自身用电负荷的能力”。电动汽车所能提供的最大向上（向下）灵活性指其通过充放电控制最大能满足的电力系统向上（向下）灵活性缺额。电动汽车有G2V和V2G两种控制模式。G2V控制是指电力系统通过调节并网后的电动汽车各时刻充电功率的大小来改变负荷侧总需求；V2G控制是指与电网连接的电动汽车从其电池中输送功率给电网。

他们进一步表示，当电力系统向上灵活性不足时，电动汽车可通过G2V控制减小充电功率或通过V2G控制向电网放电；电力系统向下灵活性不足时，电动汽车可通过G2V控制增加充电功率。合理的电动汽车充放电控制有助于增强电力系统灵活性，减少或者避免弃风、削负荷事件的发生。

研究人员认为，合理的电动汽车灵活性调度方案在保证车主利益的同时，也能提升电力系统的灵活性。本课题的电动汽车灵活性调度方案主要设计思想为：各充电站对其能提供的最大灵活性进行评估；电力系统调度中心根据各充电站上报的最大灵活性信息，对系统的灵活性需求进行计算，并向充电站发布灵活性调度指令；各充电站再对站内电动汽车进行灵活性控制，参与控制的电动汽车车主根据实际调度情况获得相应的补贴。这样，通过电力系统调度中心、充电站和电动汽车的实时信息交换互动，可最大化地满足系统的动态灵活性需求。

他们通过IEEE RTS-24节点和实际电力系统算例进行了测试，结果表明该电动汽车控制策略能极大缓解电力系统的灵活性缺额，有助于减少弃风、削负荷量。另外，该模型的求解时间为秒级，完全可以满足电力系统的实时灵活性调度需求，证明了模型的实用性和有效性。

研究人员最后指出，车主参与电网灵活性控制的单位补贴价格在本课题中被假定为一个给定的常数，该价格的制定需综合考虑电网及车主的利益分配，其详细的制定方案将是本课题的下一步研究方向。

本文编自2022年第11期《电工技术学报》，论文标题为“面向电力系统灵活性的电动汽车控制策略”。本课题得到了国家自然科学基金资助项目的支持。