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強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華中科技大學(xué)) 的研究人員婁素華、張立靜、吳耀武、王永燦，在2017年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，隨著電動(dòng)汽車(chē)(EVs)大規(guī)模接入電網(wǎng),其充放電行為的隨機(jī)性將給電力調(diào)度帶來(lái)新的問(wèn)題。

在研究電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)間信息、能量交互機(jī)制的基礎(chǔ)上,深入分析EV集群運(yùn)行模式及其對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度的影響?；诘吞冀?jīng)濟(jì)理念,以電力系統(tǒng)發(fā)電能耗成本、CO2排放費(fèi)用和V2G服務(wù)補(bǔ)貼費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù),綜合考慮EV行駛需求、碳排放配額、碳排放交易機(jī)制等相關(guān)約束,建立低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模型。

采用所建模型對(duì)10機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性和有效性。

近年來(lái)，溫室氣體過(guò)度排放所導(dǎo)致的全球氣候變暖問(wèn)題日益引發(fā)關(guān)注。各國(guó)政府積極尋求策略，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源利用的高效化、清潔化、低碳化。電力工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)是能源消耗的兩大重要行業(yè)，其CO2排放量之和所占比例高達(dá)64%，因此，兩大行業(yè)面臨巨大的減排壓力。

為實(shí)現(xiàn)電力及交通領(lǐng)域的低碳化發(fā)展，相關(guān)部門(mén)積極探尋有效途徑，在引入碳排放配額、碳交易機(jī)制等調(diào)控手段及經(jīng)濟(jì)機(jī)制的同時(shí)，也制定了電動(dòng)汽車(chē)( Electric Vehicle，EV)發(fā)展戰(zhàn)略，以保證兩大耗能行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。然而，上述低碳經(jīng)濟(jì)相關(guān)要素的引入，將使電力行業(yè)呈現(xiàn)出全新的運(yùn)營(yíng)模式，并對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行是在滿(mǎn)足用電需求的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況，使系統(tǒng)所消耗燃料總量或所需總費(fèi)用最小。在低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，除考慮傳統(tǒng)的發(fā)電能耗成本外，還需兼顧系統(tǒng)碳排放所產(chǎn)生的相關(guān)費(fèi)用，這將影響系統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度方式。目前已有眾多學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)的低碳化問(wèn)題進(jìn)行了研究。

文獻(xiàn)［4］分析了各類(lèi)電源的電碳調(diào)度特性，建立了兼顧“電平衡”與“碳平衡”的低碳電力調(diào)度模型，但模型未涉及碳交易機(jī)制。文獻(xiàn)［5］在分析碳交易機(jī)制對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電調(diào)度影響的基礎(chǔ)上，建立了基于“總量控制與交易”機(jī)制的電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型，并初步探討了碳交易價(jià)格、碳排放配額對(duì)發(fā)電機(jī)組調(diào)度結(jié)果的影響。

以上文獻(xiàn)從不同角度研究了低碳環(huán)境下電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題，并取得了一定成果，但上述研究均未涉及電動(dòng)汽車(chē)這一重要的低碳化要素及其對(duì)電力行業(yè) CO2排放的影響。

在能源發(fā)展低碳化的背景下，電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；瘧?yīng)用成為必然趨勢(shì)。隨著大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)，其充放電行為的隨機(jī)性將給電力系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)［7，8］分析得出，通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)代理 (ElectricVehicle Aggregator)對(duì)大量電動(dòng)汽車(chē)實(shí)施集群式調(diào)度，協(xié)調(diào)控制其充放電進(jìn)程，可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

然而，當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度的研究未考慮碳排放約束以及低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境。因此，如何針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行特性，在滿(mǎn)足其行駛需求的前提下，實(shí)現(xiàn)EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)互動(dòng)，促進(jìn)電力和交通行業(yè)的低碳化發(fā)展是一個(gè)仍需深入研究的問(wèn)題。

本文研究低碳背景下EV集群與電網(wǎng)間的交互機(jī)制，深入分析電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行模式及其對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的影響。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮電動(dòng)汽車(chē)行駛需求、碳排放配額、碳交易機(jī)制等相關(guān)約束，以系統(tǒng)綜合運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)，建立低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模型。最后，采用10機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行算例仿真，并定量分析EV集群及其運(yùn)行模式對(duì)電力和交通聯(lián)合系統(tǒng)低碳化的影響。

圖 1 EV集群與電網(wǎng)間的交互機(jī)制

結(jié)論

隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的不斷增加，如何在保證汽車(chē)行駛需求的前提下實(shí)施EV集群與電力系統(tǒng)間的有效調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是極其重要的。

本文基于電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行模式特征分析，建立了不同EV集群運(yùn)行模式下系統(tǒng)的功率平衡關(guān)系。基于低碳經(jīng)濟(jì)理念，建立了EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模型，通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)靈活的充放電特性改善系統(tǒng)其他發(fā)電機(jī)組出力范圍，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與低碳性。算例分析表明，通過(guò)合理調(diào)度EV集群的充放電進(jìn)程，可有效降低電動(dòng)汽車(chē)引入電力系統(tǒng)的碳排量，從而減少交通和電力聯(lián)合系統(tǒng)的CO2排放總量，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。