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隨著碳中和目標(biāo)的推進(jìn)，我國(guó)可再生能源占比將逐年攀升。據(jù)估計(jì)，到2040年，我國(guó)光伏裝機(jī)量將增加16倍、風(fēng)電裝機(jī)量將增加9倍。屆時(shí)，我國(guó)電力系統(tǒng)中非水可再生能源的發(fā)電比例將高達(dá)30%?？稍偕茉淳哂胁▌?dòng)性和不確定性，其大量并網(wǎng)將給電力系統(tǒng)靈活性帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

“電力系統(tǒng)靈活性”指電力系統(tǒng)供需兩側(cè)響應(yīng)系統(tǒng)不確定性變化的能力，主要體現(xiàn)在調(diào)度運(yùn)行環(huán)節(jié)，是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)靈活性不足將導(dǎo)致棄風(fēng)和削負(fù)荷事件，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。充裕的靈活性資源有助于緩解甚至消除可再生能源并網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，對(duì)于能源的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

電動(dòng)汽車（Electric Vehicle, EV）作為一種新型交通工具，并網(wǎng)量逐年增加。預(yù)計(jì)到2030年，電動(dòng)汽車電池總?cè)萘繉⑦_(dá)57億kW·h，約為全網(wǎng)用電量的1/3。電動(dòng)汽車是電力系統(tǒng)中的重要用電負(fù)荷，其可通過(guò)充放電控制調(diào)整自身負(fù)荷曲線，具有平抑可再生能源波動(dòng)、提升系統(tǒng)靈活性的巨大潛力。

現(xiàn)階段已有大量文獻(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的充放電控制策略及其與可再生能源的協(xié)調(diào)調(diào)度進(jìn)行研究，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)面向電力系統(tǒng)靈活性的電動(dòng)汽車充放電控制研究仍屬空白。電力系統(tǒng)靈活性匱乏是導(dǎo)致可再生能源消納率低的主要原因，傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充放電控制策略沒有計(jì)及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)靈活性需求，阻礙了電動(dòng)汽車靈活性調(diào)節(jié)潛力的充分挖掘，影響了可再生能源的消納效果。

輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）、中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司的研究人員從面向電力系統(tǒng)靈活性的電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)調(diào)度角度出發(fā)，提出電力系統(tǒng)和電動(dòng)汽車的靈活性定義，研究了電動(dòng)汽車的靈活性控制策略，設(shè)計(jì)了“最大可提供靈活性計(jì)算-電力系統(tǒng)靈活性需求計(jì)算-電動(dòng)汽車靈活性控制”的靈活性調(diào)度方案。

圖1 靈活性調(diào)度方案

研究人員將電力系統(tǒng)靈活性定義為“系統(tǒng)運(yùn)用自身資源稟賦應(yīng)對(duì)可再生能源變化的能力”，考慮的可再生能源類型為風(fēng)電。靈活性具有方向，且需在一定時(shí)間尺度下描述。根據(jù)方向的不同，靈活性可分為兩類：向上靈活性和向下靈活性。向上（下）靈活性指風(fēng)電突然減?。ㄔ黾樱r(shí)系統(tǒng)最大能增加（減小）的凈出力功率。其中，凈出力功率指常規(guī)機(jī)組總發(fā)電功率和負(fù)荷總需求功率的差值。根據(jù)時(shí)間尺度的不同，靈活性可分為調(diào)頻靈活性（秒級(jí)）、爬坡靈活性（分鐘級(jí)）和調(diào)峰靈活性（小時(shí)級(jí)）等。

他們指出，本課題研究的靈活性時(shí)間尺度為15min，主要針對(duì)爬坡靈活性。隨著風(fēng)電滲透率的增加，充裕的電力系統(tǒng)靈活性變得越發(fā)重要。向上（向下）靈活性不足將導(dǎo)致切負(fù)荷（棄風(fēng)）事件，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

此外，研究人員將電動(dòng)汽車靈活性定義為“電動(dòng)汽車?yán)贸浞烹娍刂普{(diào)整自身用電負(fù)荷的能力”。電動(dòng)汽車所能提供的最大向上（向下）靈活性指其通過(guò)充放電控制最大能滿足的電力系統(tǒng)向上（向下）靈活性缺額。電動(dòng)汽車有G2V和V2G兩種控制模式。G2V控制是指電力系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)并網(wǎng)后的電動(dòng)汽車各時(shí)刻充電功率的大小來(lái)改變負(fù)荷側(cè)總需求；V2G控制是指與電網(wǎng)連接的電動(dòng)汽車從其電池中輸送功率給電網(wǎng)。

他們進(jìn)一步表示，當(dāng)電力系統(tǒng)向上靈活性不足時(shí)，電動(dòng)汽車可通過(guò)G2V控制減小充電功率或通過(guò)V2G控制向電網(wǎng)放電；電力系統(tǒng)向下靈活性不足時(shí)，電動(dòng)汽車可通過(guò)G2V控制增加充電功率。合理的電動(dòng)汽車充放電控制有助于增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性，減少或者避免棄風(fēng)、削負(fù)荷事件的發(fā)生。

研究人員認(rèn)為，合理的電動(dòng)汽車靈活性調(diào)度方案在保證車主利益的同時(shí)，也能提升電力系統(tǒng)的靈活性。本課題的電動(dòng)汽車靈活性調(diào)度方案主要設(shè)計(jì)思想為：各充電站對(duì)其能提供的最大靈活性進(jìn)行評(píng)估；電力系統(tǒng)調(diào)度中心根據(jù)各充電站上報(bào)的最大靈活性信息，對(duì)系統(tǒng)的靈活性需求進(jìn)行計(jì)算，并向充電站發(fā)布靈活性調(diào)度指令；各充電站再對(duì)站內(nèi)電動(dòng)汽車進(jìn)行靈活性控制，參與控制的電動(dòng)汽車車主根據(jù)實(shí)際調(diào)度情況獲得相應(yīng)的補(bǔ)貼。這樣，通過(guò)電力系統(tǒng)調(diào)度中心、充電站和電動(dòng)汽車的實(shí)時(shí)信息交換互動(dòng)，可最大化地滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)靈活性需求。

他們通過(guò)IEEE RTS-24節(jié)點(diǎn)和實(shí)際電力系統(tǒng)算例進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明該電動(dòng)汽車控制策略能極大緩解電力系統(tǒng)的靈活性缺額，有助于減少棄風(fēng)、削負(fù)荷量。另外，該模型的求解時(shí)間為秒級(jí)，完全可以滿足電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)靈活性調(diào)度需求，證明了模型的實(shí)用性和有效性。

研究人員最后指出，車主參與電網(wǎng)靈活性控制的單位補(bǔ)貼價(jià)格在本課題中被假定為一個(gè)給定的常數(shù)，該價(jià)格的制定需綜合考慮電網(wǎng)及車主的利益分配，其詳細(xì)的制定方案將是本課題的下一步研究方向。

本文編自2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“面向電力系統(tǒng)靈活性的電動(dòng)汽車控制策略”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。