电动汽车分布式储能控制策略及应用

发表时间:2019/9/19   来源:《电力设备》2019年第8期   作者:张冰 牛志新
[导读] 摘要:电池储能的实现方式非常多,并且电池储能的充放电效率较高,电池的体积较小,可以和各种规格的新能源发电设备结合,但是目前电池的成本较高,并且电池充放电的安全性存在隐患,其循环使用寿命也大大限制了电池储能的发展。
        (哈尔滨石油学院  黑龙江哈尔滨  150000)
        摘要:电池储能的实现方式非常多,并且电池储能的充放电效率较高,电池的体积较小,可以和各种规格的新能源发电设备结合,但是目前电池的成本较高,并且电池充放电的安全性存在隐患,其循环使用寿命也大大限制了电池储能的发展。近年来电池技术的突飞猛进的发展使得电池储能可以大量的投入商业运行,以电池储能为主的电动汽车等产业也得到了快速的发展。从长远来看,解决电能存储问题和可再生能源发电不稳定性的最有效的手段是电池储能。
        关键词:电动汽车;分布式储能;控制策略;应用
        1引言
        二十一世纪传统电网将转换为智能电网,智能电网是绿色高效的,储能技术是使其绿色高效的重要措施之一。在过去的几十年里,储能一直被世界各国关注和讨论,但关注的重点还是可再生能源和可再生能源发电,直到最近几年,全世界新能源产业发展的焦点才转变为:如何利用储能技术使能源合理有效的分配。
        2分布式储能类别及其技术特点
        储能技术经过长期发展已形成一套较为完整的体系,形成了以机械储能、电磁储能、化学储能为主,以蓄热储能、蓄冷储能等相变储能形式为辅的储能格局。上述的储能根据自身存储容量、充放电时间、转换效率、技术成熟度等因素在分布式储能中应用各异。机械储能包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能,其中抽水储能和压缩空气储能具有容量大、放电时间长、循环周期长、循环效率较高的特点。电磁储能包括电容储能、超导储能、超级电容器储能等,其中超导储能、超级电容器储能以及机械储能中的飞轮储能具有充放电迅速的特点,主要用于需要提供短时较大脉冲功率的场合。化学储能也称作电池储能,包括镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池等。在电池储能中,铅酸电池技术最为成熟,价格最低,在市场中占有比较大的份额;但是铅酸电池会对环境产生不利的影响,且具有长充电时间,低使用寿命、低能量密度的缺点,目前正逐渐淡出电池储能领域。锂离子电池具有较大的能量密度和较长的使用寿命,目前在分布式发电和微电网中已经有较多的应用;但锂离子等新型电池较为高昂的价格在一定程度上影响了其在实际中的应用。相变储能包括蓄冷、蓄热储能等,相变储能成本较低、使用寿命长,大多应用于需求响应。
        3电动汽车分布式储能控制分析
        电动汽车与电网的互动被称为V2G技术。实现电动汽车参与分布式储能电源调度主要包括两个重要的环节:①控制电动汽车储能电池按照平台或代理商的指令充放电,这决定电动汽车储能电池参与分布式储能电源调度成功与否的关键;②计量电动汽车储能电池参与调度的费用和收益,根据电动汽车充放电的功率、实时电价和充放电时间计算在调度期间内的费用和收益。在充放电费用和收益上给用户适当优惠政策是其愿意自主参加分布式储能电源调度的前提。由此可见,实现电动汽车储能电池通过充放电调度模型参与电网调度必须首先要解决电动汽车的充放电自动控制技术和充放电电能量计量技术。目前,电动汽车的充放电自动控制技术和充放电电能量计量技术还处于概念及试点阶段。因此,针对电动汽车参与分布式储能电源调度所存在的技术问题,提出了电动汽车充放电控制装置和充放电计量装置模型,从技术上实现了电动汽车参与分布式储能电源的调度。
        4电动汽车充放电控制策略应用现状
        我国电动汽车的拥有量越来越多,电动汽车拥有可观的储能容量,但是对于电网来说,大量的电动汽车接入电网,会对电网产生冲击。

通过电动汽车的充放电控制策略,可以降低其对电网的冲击,同时对电网有积极的作用,因此研究电动汽车的充放电控制策略具有重要的意义。有研究提出了一种新型的电动汽车充电控制策略,基于新开发的耦合热电模型并应用广义预测控制对4LiFePO电池充电,维持电池单元内部温度在期望范围内,达到快速充电的目的,使用户的充电周期更短,同时也减少了由于电池温度过高或过低而产生的安全问题;还有研究提出了一种电动汽车充放电控制策略,其考虑了用户的出行需要、空闲期间的电池状态以及对电力系统的贡献,通过使用和协调DC充电端口,可控双向功率调节器和集成接口控制器的电动车辆电池测试台的测试系统来验证接口,通信和控制结构以及系统效率和时间响应的性能;另外有学者提出了一种V2G聚合器参与的电动汽车调度策略,最终的目的是在满足用户的出行需要的情况下使用户的用电成本最低;然后又有研究考虑了三种放电策略:基本情况、自适应算法和能源市场导向的远程控制策略,这三种策略的仿真数据均是真实世界的测量数据,自适应放电算法利用全局最优和移动平均计算来最大化关于峰值电网负载周期的自身能量消耗,远程控制策略考虑到远程控制的放电情况以最大化自身消耗并且在当日内能量价格最高时减小电网负载;再有研究从用户的角度,基于分时电价和充放电功率限制提出了一种电动汽车有序充放电控制策略,目的是为了使用户的用电成本最低,并且对仅充电和充放电两种情况进行了分析,说明此策略通过控制电动汽车的充放电能够使用户的成本最低;后期又有研究首先建立了以用户成本最小的充放电策略模型,在此基础上建立了实时电价模型,实现电网电价与电动汽车充放电负荷之间的动态优化,最终建立了以用户成本最优、电网稳定运行和对环境影响最小目标的模型。
        5电动汽车分布式储能控制策略分析
        在电动汽车充电过程中,采用快速充电的方式充电功率会达到上百万的情况,如果在这一状态下大量汽车进行快速充电,则会导致对该区域的供电电网产生较大的打击,引发地区超复合现象严重时可导致电网损坏,因此在电动汽车普及的过程中,需要对电动汽车车主进行适当的指导,教导车主合理安排充电储能时间。在当前大力普及绿色环保意思,推广电动汽车的使用,我国正在高速路出口建立快速充电站,这样既满足电动汽车使用者的供电需求,也可以保证对供电网没有较大的损害。通过比较大数据,分布式储能的控制中心根据不同的车主使用情况,采用自身一套完整的调度模式。满足配电网大规模使用的情况下,下发到各个分布式储能装置上,控制中心及时接收各个汽车接入点的信息,采用双向信息互换的方式,控制每辆车的充放电功率,这种管理方式可以有效将小而分散的管理群体转变为实际容量较大的管理单元进行储能。但由于根据大数据的统计和车主随机性的误差考虑下,放电控制计划根据电动汽车的实时信息定制,这将汽车使用过程中的不确定性和误差考虑到最小,将影响缩小最小化。但是值得一提的是,为避免不同的供电功率频繁切换,过快的消耗储能装置的寿命,电动汽车分布式储能控制需要在每个车群实际使用情况完成充放电的任务,根据每辆车所使用的情况和充放电状态有效决定车辆所属于的车群信息,这样在完成充放电的条件下,大幅度减少供电频率切换的次数,节省储能装置使用寿命。
        6结束语
        综上,本文通过对分布式储能控制的策略进行分析。配合现状得出,在满足电网和储能装置的要求下,开发调节电动汽车的分布式储能,减少在放电和充电过程中的损害,延长电池用寿命,也降低了开发成本。提倡在充电放电过程中电动汽车使用者使用过程中的调节,合理安排充放电时间,避免对电网造成冲击,构造出一个和谐稳定的供电环境。
        参考文献:
        [1]李志伟.配电网中分布式发电与电动汽车随机协同调度研究[D].华北电力大学,2016.
        [2]韩华春,李强,柳丹.计及电池老化的电动汽车储能频率响应控制[J].电测与仪表,2017,5415:69-74.
        [3]孔祥霁.基于磁集成技术的混合储能系统在电动汽车中应用研究[D].长沙理工大学,2015.
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