黃海麗，周揚(yáng)

（濰坊供電公司，山東濰坊261021）

·試驗(yàn)研究·

風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的影響

黃海麗，周揚(yáng)

（濰坊供電公司，山東濰坊261021）

建立包含電動(dòng)汽車充、放、耗電約束的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用模型，根據(jù)決策變量的不同將充放電模式分為自由充電、不含V2G（Vehicle to grid）和含有V2G的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用。以風(fēng)電利用率和風(fēng)電在電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)中電量占比作為衡量水平，分析不同充電模式、電動(dòng)汽車數(shù)量和風(fēng)電裝機(jī)容量下的風(fēng)電接納能力。含有V2G的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用能夠最大限度提高電網(wǎng)風(fēng)電接納能力，且在風(fēng)電裝機(jī)容量較大時(shí)更能顯示出含有V2G的協(xié)同利用充放電模式的優(yōu)勢(shì)，含有V2G的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的有效方式，同時(shí)一定負(fù)荷和風(fēng)電裝機(jī)水平的電網(wǎng)存在一個(gè)最佳匹配的電動(dòng)汽車數(shù)量。

電動(dòng)汽車；風(fēng)電；V2G；協(xié)同利用

0 引言

風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例的增加，對(duì)節(jié)能減排有著積極作用。但是，與水電、火電等常規(guī)電源相比，風(fēng)能等新能源發(fā)電最根本的不同點(diǎn)在于其有功出力的隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性［1］。風(fēng)電容量占電網(wǎng)總?cè)萘勘壤容^小的時(shí)候，傳統(tǒng)的調(diào)度把風(fēng)電看成負(fù)值負(fù)荷，但是，隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展，這種調(diào)度策略不再適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展需要，風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)及其隨機(jī)性為電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度和運(yùn)行帶來了一系列問題［2-4］。因此，電網(wǎng)接納風(fēng)電能力研究已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)［5］。

風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)功率時(shí)域波動(dòng)及其地域相關(guān)性［5-7］造成電網(wǎng)調(diào)峰能力不足。電動(dòng)汽車是一種主動(dòng)負(fù)荷，又是一種分散式儲(chǔ)能設(shè)備，隨著儲(chǔ)能電動(dòng)汽車充換電站的建設(shè)和推廣，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能成為一種新的電網(wǎng)可調(diào)度資源。電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電的協(xié)同調(diào)度［8-11］能夠減小等效負(fù)荷曲線峰谷差，減少負(fù)荷低谷時(shí)段的“棄風(fēng)”。

美國(guó)NYISO的研究證明，風(fēng)電功率與電網(wǎng)PEV充電功率波動(dòng)之間存在明顯的相關(guān)性，并且提出了風(fēng)電—PEV協(xié)同性的問題［12］。文獻(xiàn)［13］研究了電動(dòng)汽車充電的負(fù)荷特性以及不同充電方式對(duì)電網(wǎng)的影響，并初步建立了多時(shí)間尺度的“電動(dòng)汽車—風(fēng)電”協(xié)同調(diào)度數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)［14］提出了協(xié)同調(diào)度碳減排效益的測(cè)算模型，定量分析了電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度在電網(wǎng)和交通領(lǐng)域的碳減排效益。

本文建立風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用模型，研究含有V2G的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的影響，并通過與自由充電模式和不含V2G的協(xié)同利用充電模式相比較，以山東電網(wǎng)為例，驗(yàn)證了含有V2G的協(xié)同利用模式在提高電網(wǎng)風(fēng)電接納能力方面的優(yōu)勢(shì)。

1 風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用系統(tǒng)建模

風(fēng)力發(fā)電無需為其一次能源付費(fèi)，故目標(biāo)函數(shù)不考慮風(fēng)電的費(fèi)用；電動(dòng)汽車還處于試運(yùn)行和推廣階段，還未進(jìn)入商業(yè)化階段，故文中暫不考慮電動(dòng)汽車費(fèi)用。目標(biāo)函數(shù)為火電發(fā)電費(fèi)用最小，表示為

式中：T為考察時(shí)間段數(shù)，本文總考察周期為1天，由于電池充電時(shí)間一般較長(zhǎng)，故取時(shí)間間隔為1 h，則T=24；fi（Pit）表示第i臺(tái)機(jī)組在t時(shí)段出力為Pit時(shí)的費(fèi)用價(jià)格，元／h；ni，t表示第i臺(tái)機(jī)組在t時(shí)段是否在線，1表示運(yùn)行，0表示停運(yùn)；qi表示第i臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用。整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電費(fèi)用由各機(jī)組各時(shí)段發(fā)電費(fèi)用和各時(shí)段開啟機(jī)組的費(fèi)用兩部分組成，模型旨在滿足系統(tǒng)約束條件的基礎(chǔ)上，選擇發(fā)電費(fèi)用最小的運(yùn)行調(diào)度方式。

系統(tǒng)的約束條件。

1）發(fā)電負(fù)荷平衡。

式中：Pwt為t時(shí)段的風(fēng)電功率；Plt為t時(shí)段的負(fù)荷功率；Pet、Pdt分別為t時(shí)段電動(dòng)汽車充電功率和向電網(wǎng)的放電功率；λt、γt是分別對(duì)應(yīng)t時(shí)段與電動(dòng)汽車放電和充電對(duì)應(yīng)的系數(shù)，λt=1表示t時(shí)段電動(dòng)汽車電池工作在放電狀態(tài)；γt=1表示t時(shí)段電動(dòng)汽車電池工作在充電狀態(tài)，且λt+γt≤1，λt、γt分別等于0或1，即電動(dòng)汽車在某一時(shí)刻它可以充電，也可以放電，但不能同時(shí)既充電又放電。由于電動(dòng)汽車作為交通工具耗電時(shí)脫離了與電網(wǎng)的聯(lián)系，故在發(fā)電負(fù)荷平衡約束中沒有電池耗電電功率的參與。

2）機(jī)組出力上下限約束。

式中：Pi，max、Pi，min分別為機(jī)組i的出力上下限，本文取Pi，min=0.5Pi，max。

3）機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的約束。

式中：Ti，on和Ti，off分別表示第i臺(tái)機(jī)組連續(xù)累積的運(yùn)行時(shí)間和停運(yùn)時(shí)間，Ti，mon和Ti，moff分別表示第i臺(tái)機(jī)組的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停運(yùn)時(shí)間。

4）機(jī)組最大開機(jī)容量約束。

式中：srt表示t時(shí)段所有在線機(jī)組所能提供的備用容量，且滿足如下約束。

5）系統(tǒng)的備用容量約束。

式中：Kl為負(fù)荷備用系數(shù)；max｛Plt｝為考察周期內(nèi)最大負(fù)荷；Kf為事故備用系數(shù)；Kw為風(fēng)電場(chǎng)有功出力預(yù)測(cè)誤差對(duì)系統(tǒng)備用的需求百分?jǐn)?shù)；cft為t時(shí)段風(fēng)電容量因數(shù)；Pw為風(fēng)電裝機(jī)容量。

6）機(jī)組的爬坡約束。

式中：Pi，down、Pi，up分別為機(jī)組i有功功率的下爬速率和爬坡速率。

7）風(fēng)電出力約束。

8）電動(dòng)汽車電池容量約束。

式中：Qt和Qt+1分別為電動(dòng)汽車t時(shí)段和t+1時(shí)段的電池電量；Δt為時(shí)間間隔，取1 h；ηe和ηd分別為電動(dòng)汽車充電和放電效率；Put為根據(jù)美國(guó)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)的2001年美國(guó)家庭駕駛調(diào)查數(shù)據(jù)［12］得出的電動(dòng)汽車作為交通工具時(shí)耗電功率；μt為與電動(dòng)汽車耗電功率對(duì)應(yīng)的系數(shù)，等于0或1，且λt+γt+μt≤1，即在同一時(shí)刻同一電動(dòng)汽車不能做充電、放電和行駛?cè)咧械娜我鈨煞N，只能執(zhí)行任務(wù)之一或者什么都不做。Qmax、Qmin分別為電動(dòng)汽車電池容量上下限。

9）電動(dòng)汽車充電、放電、耗電平衡約束。

式（10）表示電動(dòng)汽車在考察周期內(nèi)完成1次充、放、耗電循環(huán)。

10）電動(dòng)汽車充電功率約束。

式中：Pemax，t為電動(dòng)汽車t時(shí)段最大充電功率，其表達(dá)式如式（12）所示；Qc、Pec分別為單輛電動(dòng)汽車的電池容量和充電功率；式（12）所表達(dá)的意義是：當(dāng)，即在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)無法完成一個(gè)完整充電過程時(shí)，，選擇以待充電電動(dòng)汽車數(shù)量所確定的最大充電功率作為上限；在電動(dòng)汽車電池選擇快充方式且，即在一個(gè)時(shí)間間隔能夠完成一個(gè)完整充電過程時(shí)，，選擇以電動(dòng)汽車電池剩余可充容量所確定的最大充電功率作為上限。

11）電動(dòng)汽車放電功率約束。

式中：Pdmax，t為電動(dòng)汽車在t時(shí)段的最大放電功率；Pec為單輛電動(dòng)汽車的放電功率；式（14）的含義為：當(dāng)時(shí)，即電動(dòng)汽車在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)無法完成一個(gè)完整放電過程時(shí)，選擇以有電量且不在行駛中的電動(dòng)汽車數(shù)量所確定的最大放電功率作為上限；在電動(dòng)汽車電池選擇快速放電方式且，即在一個(gè)時(shí)間間隔能夠完成一個(gè)完整放電過程時(shí)，選擇以電動(dòng)汽車電池容量扣除行駛的電動(dòng)汽車耗電所用電量所確定的最大放電功率作為上限。

2 電動(dòng)汽車充放電模式

電動(dòng)汽車的不同充放電模式直接影響電網(wǎng)等效負(fù)荷曲線及其峰谷差率和電網(wǎng)調(diào)峰能力。根據(jù)決策變量的差異將電動(dòng)汽車充放電模式分為自由充電、不含V2G的協(xié)同利用充電、含有V2G的協(xié)同利用充放電三種模式。

2.1 自由充電模式

文獻(xiàn)［15］在調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立了電動(dòng)汽車自由充電的模型。由于中國(guó)與美國(guó)在工作時(shí)間上相近，均集中在09：00—17：00，本文假定兩國(guó)電動(dòng)汽車自由充電負(fù)荷具有相近的規(guī)律。

圖1為100萬輛電動(dòng)汽車自由充電時(shí)山東電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷曲線。從圖中可以看出，電動(dòng)汽車充電主要集中在09：00—23：00，恰好包含電網(wǎng)負(fù)荷峰值時(shí)刻，且有較大的充電功率，增大了電網(wǎng)峰谷差，從而對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰帶來一定的壓力。電動(dòng)汽車自由充電模式下，風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用的模型中電動(dòng)汽車充電功率Pet不是一個(gè)被決策的量，而是一個(gè)固定的時(shí)間序列，Pet=Ct；也不存在電動(dòng)汽車向電網(wǎng)放電，即Pdt=0。

圖1 100萬輛電動(dòng)汽車自由充電時(shí)山東電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷曲線

2.2 不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式

不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下，協(xié)同利用的模型中電動(dòng)汽車充電功率Pet是一個(gè)被決策的量，通過常規(guī)負(fù)荷功率、風(fēng)電功率以及其他相關(guān)參數(shù)和約束決策出一個(gè)最有利于電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)和風(fēng)電接入的電動(dòng)汽車充電功率曲線，在滿足電網(wǎng)約束的條件下，最大限度地利用風(fēng)電功率；同樣，該模式下電動(dòng)汽車只作為負(fù)荷從電網(wǎng)中充電，而不向電網(wǎng)放電，即Pdt=0。

圖2 100萬輛電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電時(shí)山東電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷曲線

圖2為100萬輛電動(dòng)汽車與電網(wǎng)風(fēng)電協(xié)同利用時(shí)電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷功率曲線。從圖中可以看出，電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電主要集中在夜間負(fù)荷低谷充電，此時(shí)正是風(fēng)電出力較大時(shí)刻，有助于電網(wǎng)消納夜間富余風(fēng)電，減少電網(wǎng)棄風(fēng)。等效負(fù)荷的峰谷差率由34.01%變?yōu)?2.42%，電動(dòng)汽車充電不僅沒有增加負(fù)荷峰谷差率，反而使得總負(fù)荷峰谷差率減小，提高了電網(wǎng)的調(diào)峰能力。

2.3 含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充放電模式

電動(dòng)汽車電池在負(fù)荷谷值時(shí)刻從電網(wǎng)中充電，而在電網(wǎng)負(fù)荷峰值時(shí)向電網(wǎng)放電，這種電動(dòng)汽車和電網(wǎng)之間雙向的電能流動(dòng)稱為V2G。

V2G技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于風(fēng)電占比較大或者因其波動(dòng)性并網(wǎng)困難的電網(wǎng)，電動(dòng)汽車可以在風(fēng)電出力大而電網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)刻充電，在風(fēng)電出力小而電網(wǎng)峰值負(fù)荷時(shí)刻放電，有助于提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力。

含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下，協(xié)同利用的模型中電動(dòng)汽車充電功率Pet和Pdt均是被決策的量，通過常規(guī)負(fù)荷功率、風(fēng)電功率以及其他相關(guān)參數(shù)和約束決策出最有利于電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)和風(fēng)電接入的電動(dòng)汽車充電、放電功率曲線，在滿足電網(wǎng)約束的條件下，最大限度的利用風(fēng)電功率。在山東電網(wǎng)冬季典型日下，含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下電動(dòng)汽車充放電功率曲線如圖3所示。

從圖3可以看出電動(dòng)汽車放電時(shí)間規(guī)律，電動(dòng)汽車充放電受負(fù)荷變化規(guī)律和風(fēng)電出力因素的影響，電動(dòng)汽車放電主要集中在負(fù)荷較低水平且風(fēng)電出力較大時(shí)段，電動(dòng)汽車放電集中在負(fù)荷較高水平且風(fēng)電出力略小時(shí)段。電動(dòng)汽車在07∶00—15∶00這段時(shí)間內(nèi)無論是充電功率還是放電功率都比較小，這與消費(fèi)者出行習(xí)慣有關(guān)，這段時(shí)間內(nèi)有較多汽車行駛在路上，無法參與和電網(wǎng)之間的互動(dòng)。通過電動(dòng)汽車這種充電儲(chǔ)能／放電供能的方式，使得電動(dòng)汽車成為電網(wǎng)的主動(dòng)負(fù)荷和可調(diào)度電源，從而為電網(wǎng)智能調(diào)度提供便利，為可再生能源并網(wǎng)提供了一種有效的方式。

圖3 電動(dòng)汽車充放電功率曲線

3 含有V2G的風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的影響

以私家車、出租車和公交車3種車型的電動(dòng)汽車BYD-F3DM、BYD-E6、BYD-K9為例分析含有V2G的協(xié)同利用對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接入能力的影響，3種車型的電池參數(shù)和充放電特性如表1所示。

表1 三種車型的電池參數(shù)和充放電特性

圖4 電動(dòng)汽車及加權(quán)平均的充電功率曲線

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2009年三類車型數(shù)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和Hadley和Tsvetkova［15］所提出的電動(dòng)汽車充電參數(shù)的加權(quán)平均方法，得出電動(dòng)汽車及加權(quán)平均的充電功率曲線，如圖4所示。

3.1 不同充放電模式下電網(wǎng)風(fēng)電接納能力

以山東電網(wǎng)2011年冬季典型日負(fù)荷水平且風(fēng)電裝機(jī)容量為15 GW的情況下，分析100萬輛電動(dòng)汽車在不同充放電模式下電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力。

圖5 不同電動(dòng)汽車充電模式下各機(jī)組出力情況

圖5為不同電動(dòng)汽車充電模式下各機(jī)組出力情況。從圖中可以看出電動(dòng)汽車自由充電模式增加了電網(wǎng)在最大負(fù)荷時(shí)刻的火電機(jī)組出力，從而增加了電網(wǎng)開機(jī)容量，在不考慮機(jī)組啟停的情況下，火電機(jī)組最小出力相應(yīng)增加，導(dǎo)致負(fù)荷低谷時(shí)刻電網(wǎng)棄風(fēng)。

不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下，電動(dòng)汽車充電集中在負(fù)荷低谷時(shí)刻，利用電動(dòng)汽車充電消納此時(shí)出力較大的風(fēng)電。但是，由于電動(dòng)汽車不存在于電網(wǎng)的互動(dòng)，即不能向電網(wǎng)放電，使得電網(wǎng)火電開機(jī)容量不變，在調(diào)節(jié)系數(shù)一定的情況下火電最小出力不變，導(dǎo)致負(fù)荷低谷時(shí)刻仍有一定的棄風(fēng)。

含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下，由于電動(dòng)汽車電池作為一種分散式儲(chǔ)能設(shè)備被電網(wǎng)調(diào)度，在負(fù)荷峰值時(shí)刻可以向電網(wǎng)放電，從而減小了火電機(jī)組出力和最小出力，增加了風(fēng)電利用，并且電動(dòng)汽車在負(fù)荷低谷時(shí)刻充電，通過這種充電/放電雙向作用，使得風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比達(dá)到最大。山東電網(wǎng)2011年冬季典型日負(fù)荷水平且風(fēng)電裝機(jī)容量為15 GW的情況下，100萬輛電動(dòng)汽車在含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用充電模式下可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)零棄風(fēng)。

3.2 不同風(fēng)電裝機(jī)容量下的電網(wǎng)風(fēng)電接納能力

在風(fēng)電無須為其一次能源付費(fèi)的前提下，相同負(fù)荷水平和電動(dòng)汽車數(shù)量的電網(wǎng)中增加風(fēng)電裝機(jī)容量，必然使得一部分火電機(jī)組被代替而退出運(yùn)行。以冬季為例分析不同風(fēng)電裝機(jī)容量下的風(fēng)電接入能力，通過模型計(jì)算，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨風(fēng)電裝機(jī)容量的變化趨勢(shì)如圖6所示。

從圖6可以看出，由于電網(wǎng)調(diào)峰能力的有限性，3種充電模式下，風(fēng)電利用率均隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增大而減小。自由充電模式下，在風(fēng)電裝機(jī)容量為30 GW時(shí)減小到62.4%，且在風(fēng)電裝機(jī)容量為10 GW時(shí)電網(wǎng)已經(jīng)有3.34%的棄風(fēng)；不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式下，電網(wǎng)在風(fēng)電裝機(jī)容量為10 GW時(shí)能夠完全消納并網(wǎng)風(fēng)電，在風(fēng)電裝機(jī)容量為15 GW時(shí)開始棄風(fēng)，且棄風(fēng)量為1.26%；含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式下，在風(fēng)電裝機(jī)容量為15 GW時(shí)能夠完全消納并網(wǎng)風(fēng)電，且在風(fēng)電裝機(jī)容量為30 GW時(shí)保持88%以上的風(fēng)電利用率。

雖然風(fēng)電利用率隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加而減小，但是風(fēng)電出力是增加的，且風(fēng)電出力增加的比例大于風(fēng)電利用率減小的比例，故風(fēng)電電量占比隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖6 風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨風(fēng)電裝機(jī)容量的變化趨勢(shì)

在風(fēng)電裝機(jī)容量小于10 GW時(shí)，電網(wǎng)為零棄風(fēng)狀態(tài)，沒有富余的風(fēng)電可通過充電模式改變被接入電網(wǎng)，含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式與不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式下風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比基本相同，說明含有V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式在風(fēng)電規(guī)模化并網(wǎng)時(shí)提高風(fēng)電并網(wǎng)能力的技術(shù)上的可行性和有效性。

3.3 電動(dòng)汽車數(shù)量對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的影響

電動(dòng)汽車數(shù)量改變，相當(dāng)于改變負(fù)荷水平或者儲(chǔ)能裝置容量，即可供電網(wǎng)調(diào)度的主動(dòng)負(fù)荷和儲(chǔ)能電源容量的改變。同時(shí)，電動(dòng)汽車數(shù)量不同時(shí)，電動(dòng)汽車作為交通工具的用電功率Put和電動(dòng)汽車電池容量上下限Qmax、Qmin均同比例變化，本節(jié)通過模型計(jì)算得出不同數(shù)量電動(dòng)汽車下的電網(wǎng)風(fēng)電接入能力，如表2所示。

從表2可以看出，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增加，電動(dòng)汽車自由充電模式對(duì)電網(wǎng)的不利影響更加突出。電動(dòng)汽車數(shù)量增加，相當(dāng)于負(fù)荷增加，但風(fēng)電利用率仍然在減小。如果僅僅靠增加電動(dòng)汽車數(shù)量來提高電網(wǎng)風(fēng)電接入能力是不可行的，不僅不能提高風(fēng)電利用率，反而增大電網(wǎng)調(diào)峰壓力，降低了電網(wǎng)風(fēng)電接納能力。同時(shí)，風(fēng)電利用率減小和負(fù)荷功率增大均降低了電網(wǎng)風(fēng)電電量占比。

表2 不同數(shù)量電動(dòng)汽車充放電時(shí)的電網(wǎng)風(fēng)電接入能力

不含V2G的協(xié)同利用模式下，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增加而增大，顯示出協(xié)同利用在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車規(guī)模化并網(wǎng)方面的一定的有效性，但仍然不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)零棄風(fēng)。

含有V2G的協(xié)同利用模式下，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增加而增大，由于其不僅能夠在負(fù)荷低谷時(shí)段充電增加電網(wǎng)最低負(fù)荷，也可以在電網(wǎng)峰值負(fù)荷時(shí)段對(duì)電網(wǎng)放電，減小電網(wǎng)等效負(fù)荷最大值，從而雙向的減小了電網(wǎng)峰谷差，增加電網(wǎng)調(diào)峰能力，提高風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比，且在電動(dòng)汽車數(shù)量為70萬輛時(shí)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)完全接納15 GW裝機(jī)容量的風(fēng)電。但是，在風(fēng)電利用率已經(jīng)達(dá)到100%時(shí)，繼續(xù)增加電動(dòng)汽車數(shù)量，由于并網(wǎng)風(fēng)電并網(wǎng)電量不再增加，而負(fù)荷總量在增加，故風(fēng)電電量占比開始減小。

增加相同電動(dòng)汽車數(shù)量時(shí)，不同的充電模式對(duì)應(yīng)不同的風(fēng)電接入能力變化趨勢(shì)，圖7為電動(dòng)汽車3種充電模式下增加單位數(shù)量（10萬輛）風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比變化趨勢(shì)。

圖7 增加單位電動(dòng)汽車數(shù)量電網(wǎng)風(fēng)電接納能力變化趨勢(shì)

從圖7可以看出，自由充電模式下，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比均隨著電動(dòng)汽車數(shù)量增加呈直線下降趨勢(shì)。不含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式下，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨著電動(dòng)汽車數(shù)量增加呈線性增大。

含V2G的風(fēng)電—電動(dòng)汽車協(xié)同利用模式下，風(fēng)電利用率和風(fēng)電電量占比隨著電動(dòng)汽車數(shù)量增加而增大，但增長(zhǎng)率一直在減小，即增加單位數(shù)量的電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的提高量呈減少趨勢(shì)。風(fēng)電利用率在電動(dòng)汽車數(shù)量為70萬輛時(shí)出現(xiàn)飽和，此時(shí)也出現(xiàn)風(fēng)電電量占比最大值，風(fēng)電電量占比在風(fēng)電利用率出現(xiàn)飽和之后，出現(xiàn)下降趨勢(shì)，由于電網(wǎng)已經(jīng)無棄風(fēng)，增加單位數(shù)量的電動(dòng)汽車不再增加風(fēng)電接入量，但此時(shí)卻增加了由于電動(dòng)汽車充電額外的負(fù)荷，只能靠增加火電機(jī)組出力來滿足發(fā)電負(fù)荷平衡，故增加電動(dòng)汽車數(shù)量反而減小了風(fēng)電電量占比。說明在負(fù)荷水平和風(fēng)電出力已知的電網(wǎng)電動(dòng)汽車有一個(gè)最優(yōu)配置數(shù)量，在本文所研究的電網(wǎng)中此數(shù)量為70萬輛。

4 結(jié)語

本文建立了風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用的模型，考慮電動(dòng)汽車充放電功率約束，并根據(jù)不同的充放電功率約束分為三種充電模式：自由充電、不含V2G的協(xié)同利用和含有V2G的協(xié)同利用。

電網(wǎng)風(fēng)電接納能力與電動(dòng)汽車充電模式、電動(dòng)汽車數(shù)量和風(fēng)電裝機(jī)容量均有一定的關(guān)系。三種充電模式中，和電網(wǎng)存在雙向互動(dòng)的含有V2G的協(xié)同利用充電模式能最大程度的提高風(fēng)電并網(wǎng)能力。風(fēng)電電動(dòng)汽車協(xié)同利用的效果隨著電動(dòng)汽車數(shù)量和風(fēng)電裝機(jī)容量的增加而提高，顯示了協(xié)同利用在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車和風(fēng)電規(guī)?；⒕W(wǎng)方面的有效性，且電動(dòng)汽車數(shù)量和風(fēng)電裝機(jī)容量之間存在著最優(yōu)匹配。研究結(jié)果為電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和智能調(diào)度提供了依據(jù)。

［1］遲永寧，劉燕華，王偉勝，等．風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（3）：81-85．

［2］孫元章，吳俊，李國(guó)杰．風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（20）：55-62．

［3］劉韜文，李孝杰．考慮風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［J］．繼電器，2007，35（增刊）：273-276.

［4］陳海焱，陳金富，段獻(xiàn)忠．含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的模糊建模及優(yōu)化算法［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（2）：22-26．

［5］Dayang Yu，Jun Liang，Xueshan Han，etal.Profiling the regional wind power fluctuation in China［J］.Energy Policy，2011，39（1）：299-306.

［6］Dayang Yu，Han XS，zhao JG.A method to assess the regional wind power fluctuation based on the meteorological observing system［J］.International Journal of Green Energy，2010，7（5）：516-529.

［7］于大洋，韓學(xué)山，梁軍，等.基于NASA地球觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的區(qū)域風(fēng)電功率波動(dòng)特性分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（5）：77-81.

［8］趙俊華，文福拴，楊愛民，等.電動(dòng)汽車對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問題［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：2-10.

［9］趙俊華，文福拴，薛禹勝，等.計(jì)及電動(dòng)汽車和風(fēng)電出力不確定性的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（20）：22-29.

［10］于大洋，宋曙光，張波，等.區(qū)域電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：24-28.

［11］茆美琴，孫樹娟，蘇建徽.包含電動(dòng)汽車的風(fēng)/光/儲(chǔ)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：30-34.

［12］New York Independent System Operator.Alternate Route：Electrifying the Transportation Sector，Potential Impacts of Plug-In Hybrid Electric Vehicles on New York State’s Electricity System［J］.［S.N］，2009.

［13］于大洋，宋曙光，張波，等.區(qū)域電網(wǎng)電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：1-6.

［14］于大洋，黃海麗，雷鳴，等.電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的碳減排效益分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（10）：14-18.

［15］Hadley S，Tsvetkova A.Potential Impacts of Plug-in Hybrid Electric Vehicles on Regional Power Generation［R／OL］.Oakridge National Laboratory Report，ORNL/TM-2007/150.http：//www.osti. gov/bridge.，2008.

Impact by Synergistic Dispatching of the PEV and Wind Power on the Wind Power Integration in Power Grid

The synergistic dispatch model including charging，discharging，and power consumption constraints of the PEVs with V2G and wind power is established in this paper.According to different decision variables，charging mode is divided into charging freely，synergistic dispatch without V2G and synergistic dispatch with V2G.Taking the utilization and proportion of wind power as measures to analyze the wind power integration into grid with different charging modes，the number of PEVs，wind power installed capacities.Synergistic dispatch with V2G can improve wind power integration in Power Grid to the maximum limit，which shows outstanding advantage with installed capacity increasing.Synergistic dispatch with V2G is an effective means to realize the integration of large-scale wind power and PEV，and a best match of the number of PEVs exists in power grid with certain power load and wind power installed capacity.

PEV；wind power；V2G；synergistic dispatch

TM73

：A

：1007－9904（2014）03－0001－07

2014-03-24

黃海麗（1985—），女，助理工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行管理與調(diào)度；

周揚(yáng)（1985—），男，助理工程師，研究方向?yàn)樾履茉床⒕W(wǎng)管理。