电动汽车入网控制策略研究综述

传统汽车尾气的排放给空气带来影响，各国政府在新技术开发方面高度重视。电动汽车（Electric Vehicle）将清洁电能转化为汽车的动能，在人们长期的使用过程中可以实现碳的零排放[1]。中国人口基数大城市化进程加快为EV的推广提供了契机。虽然接入电力系统可以有效降低CO2的排放总量[2]，可是目前面临很多技术瓶颈问题[3]。无线充电技术[4,5]和智能充电服务网络[6]将成为智能电网发展的重点和难点。

充电站运营商通过对EV荷电状态信息采集[7],在满足客户需求和配电变压器不过负荷条件下最大程度达到削峰填谷的效果。对峰谷电价的定价措施使EV合理充电，达到电网、运营商和客户共赢的目的。

通过对EV有序接入和无序接入电网的结果分析动态实时的响应分时电价，可以明显提高电动汽车充电站的盈利水平[8]。采用分时电价的同时可能会引发新的问题，夜间EV充电的电价比较低，大规模的EV同时有序接入的充电桩，可能引起用电高峰出现并且减小配电变压器的使用年限。通过建立了EV用户响应和校正下的峰谷分时电价模型[9]，在不同的地区针对峰谷电价的实施情况也不一样，应该结合当地的经济情况来去定价。

前期控制策略研究主要是集中式控制[10-13]，EV接入微电网充分利用清洁能源，可以提高微电网环境和经济效益[14]。分层分区调度策略控制优势相对明显[15]。以实时电价为背景实现用户侧与供电侧的双赢[16]，对于特定车型在满荷电状态条件下，最大的行驶里程也是固定的。采用马尔科夫链型与Dijkstra 算法量化EV充电需求点时空分布情况[17]。

提出充电控制策略方案的在线应用[18]，通过控制器控制住宅区负荷值小于设定功率限值，在满足EV充电条件下最大程度利用低谷时段充电。分层控制的方案简单易于扩展，对大量EV入网控制比较实用[19,20]。为解决EV无序入网充电引发的“峰上加峰”的问题，合理的调动EV用户有序充电是有必要的[21]。EV入网会对系统整体规划、运行方式和充放电的利用与控制等方面进行论证[22]。

当前关于V2G的控制策略理论研究中发现EV用户对调度模式的响应度比较低，很难在市场上大规模的推广应用。深入分析放电优缺点[23]，制定了放电价格的范围，并以京津唐电网的实际情况分析得出V2G模式的实施可以降低电网的日负荷方差使用户受益。

EV可以在电网高峰时段作为电源对电网供电，在电网低谷时段作为负荷从电网获取电能，电动汽车参与电网的负荷调节具有一定的实际意义[24]。文献[25]以快速充电站为背景，通过制定峰谷、峰平、谷平时段的充电价格，用户根据EV的荷电状态合理的选择充电起始时间减小充电成本。

根据公交车的运行规律将快速充电成本最低为目标[26]，通过对入网时间有效控制减小负荷波动带来的影响。通过对上层模型节点阻塞电价的求解去优化下层的EV充电负荷[27]，上下双层互联可以提高电网和用户之间的双向通信有利于EV的调度。EV入网控制策略就是要通过一些措施或者方案使电动汽车有序接入电网，实现电网波动最小、运营商与电动汽车用户获取经济利益最大化。

图1 EV接入对配电网产生的影响

综合评价分析

为了使EV有序接入电网，针对于特定的实际情况中会采取不同的优化控制策略。EV将成为智能电网发展的重点。控制策略按照控制目标来分可以分为单目标和多目标控制策略，对于EV入网控制策略来说也就是研究电网公司、充电站运行商和用户之间的关系。优化目标主要有电网负荷波动的方差最小，充电站运营商受益最大和用户的充电成本最低。

控制策略一与控制策略七为单目标优化控制策略都是采用96点负荷曲线进行研究，控制策略一重点研究运营商获益最大的策略。存在的问题是采用不同的时间间隔应该依据实际负荷情况合理设置。时间间隔的确定要根据历史负荷数据进行预测。在夜间谷时段因为电价相对于运营商来说较低，运营商为了追逐利益最大化。充电站集中大规模的汽车充电可能导致局部高峰现象的出现。

客户紧急需求的条件下，在很短时间限内为用户提供EV提供很多电能，充电站内不能满足要求出现客户离开的情况。在求解优化时不存在解。在某些情况下，通过简单分时电价定价调节不能解决局部峰谷差现象。

单目标优化控制策略虽然使其获益最大，并不能保证电网负荷波动的稳定，在某些情况下也不能满足用户需求。控制策略二将低碳理念引入控制策略并且建立了一定的惩罚措施。在策略二中运营商作为电网与电动汽车的媒介，实现信息与电能互动。相对于传统负荷，EV具备储能特点可以在G2V和V2G两种形式下运行。

在CDM（Clean Development Mechanism）市场条件下，CO2排放量对于发电主体来说具有一定标准尺度。EV通过充电桩获取电能的同时增加了CO2排放量。EV替代传统耗油汽车将CO2从交通转移到电力行业。虽然减少了CO2的排放量可是增加了发电成本。

控制策略四、五和七的控制策略都是以分时电价为依据，策略四以运营商购电成本最小确定目标负荷曲线，用引导后的实际充电负荷与目标负荷方差最小为目标作为电网是否稳定的判据。

策略五针对电动汽车调度机构建立计及电网负荷波动及用户成本的多目标优化模型。两个目标函数相互影响，不同分时电价改变峰谷电价差值和负荷方差值不一样、用户的充电成本也不相同。

在考虑用户成本条件下，如何合理的选择分时电价，使峰谷差值和负荷均方差值减小值的研究。权重因子体现了各目标函数所占比重，其选择将直接影响优化结果，调度策略下在高价差和高均值且含尖峰分时电价下对调峰显著，可是会带来客户投资成本的增加。想达到综合最优要将合理的定价机制与权重分配考虑在内。

策略三与策略六都采用了分层的控制方法，分层控制策略具有比较好的扩展性，因地制宜结合各种调控方案，实现下级中心负荷紧跟计划目标负荷协同上级中心的削峰填谷优化。实行EV有序充电负荷跟随的方案作为下级中心控制策略嵌入分层策略中，该控制策略可以根据电动汽车运行的实际情况进行架构的扩展，也可以深入分析EV反送电的分层控制策略。

结论

EV作为新兴负荷接入给电网稳定带来影响，EV有序接入电网充电对电网产生的影响相对比较小。电网公司的要求是电力系统的负荷波动最小，EV运营商的目的是购电成本最小，在国家政策的控制下通过充电价格制定获取一定的经济效益。

根据经济学分析在充电价格变化范围内，大量研究表明有效的控制策略可以让电网公司、充电站运营商和EV用户共赢。在分析多目标优化控制时重点考虑权重分配问题。随着电动汽车数量的巨增，大量电池的回收利用和充电站的规划设计将成为下一步研究的热点。