淺談電動汽車入網技術

摘 要：近年來電動汽車迅速發展，市場保有量不斷增加，不久以后將有數量龐大的電動汽車接入電網充電。然而由于電動汽車充電的不確定性，其大規模無序接入電網會對電網的可靠性和穩定性產生一定的沖擊。電動汽車入網（V2G）技術旨在加強電動汽車與電網之間的友好互動，可以有效降低大量電動汽車接入對電網的影響，是電動汽車行業繼續發展的一大趨勢。本文介紹了V2G技術的理論依據，分析了目前存在的問題，并對下一步發展方向進行了展望。

關鍵詞：電動汽車;V2G;電網

隨著能源與環保行業的不斷發展，傳統燃油汽車能源利用率低、污染環境、噪聲大、保養成本高等缺點不斷突顯。同時與傳統化石能源相比，電能作為一種優質能源，可以有效提高能源利用率，減少環境污染，促進社會和經濟的可持續發展。在此背景下，以電動汽車（Electric Vehicle， EV）為代表的新能源汽車受到世界各國的廣泛關注[1]，相關技術日趨成熟。

據統計，截至2019年末，我國新能源汽車保有量達到381萬輛，其中純電動汽車保有量為310萬輛。從2014年的8萬輛到2019年的310萬輛，中國電動汽車市場呈現出快速擴張的趨勢，有專家預計，到2040年中國電動汽車保有量或將超過2億輛。然而相關研究結果表明，數量龐大的電動汽車無序接入電網充電將會嚴重影響電網的安全、穩定和高效運行，是制約電動汽車快速規模化發展的限制之一。

電動汽車入網（Vehicle-to-Grid， V2G）技術通過合理的管理策略，讓大量電動汽車的儲能資源與電網形成良性互動，是避免問題的有效方式。

1 電動汽車接入對配網的影響

目前，我國電動汽車數量還沒有形成規模化，接入電網的負面效應還不明顯，但隨著數量的快速增長，大量電動汽車作為簡單不可控負荷接入電網將對電網的運行產生一些影響。

在電力負荷方面，由于電動汽車充電負荷具有不確定性，有可能在負荷高峰期大量接入電網，進一步加大電能供需之間的不平衡，使電網的供電能力遭受嚴峻的考驗。在電能質量方面，大量電動汽車無序接入電網，將造成電壓波動與暫降、三相不平衡等問題，影響電壓穩定性。并且由于電動汽車充電樁是由電力電子器件組成，還會給電網帶來諧波污染的威脅。在設備運行方面，早期公共配電網建設中沒有考慮電動汽車充電需求，這就使得局部地區充電高峰時段會導致變壓器過載，從而嚴重影響變壓器的使用壽命。

2 電動汽車入網（V2G）技術

在電力系統中用電和發電是同時性的，每個電廠都會根據調度指令實時調整發電功率，以保證用電量和發電量的動態平衡。而短期內大容量用電負荷變化不但會增加發電成本，還會加大頻率和電壓的調整難度。因此，對電網而言，希望全社會的用電負荷保持穩定，負荷波動小，最好是常數。減少負荷波動主要是兩個方面，在用電高峰時盡量減少用電、甚至給電網充電（削峰），在用電低谷時增加用電（填谷）。采用具有儲能功能的設備與電網進行互動是降低負荷波動的一種有效方法。

電動汽車入網技術（Vehicle-to-grid， V2G）是指電動汽車與電網可交換能量的良性互動關系，將處于停駛狀態的電動汽車車載電池視為分布式儲能單元，接入具有雙向功率變換功能的充電樁，根據需求靈活的從電網消耗電能或者將可控電能反向輸送給電網，可以實現削峰填谷的目的，提高電網運行的安全性和穩定性，有利于電動汽車的大量普及。

V2G技術的發展在理論層面主要由EV與電網之間連接的智能充放電變換器（充電樁）和相關的統一互動協調管理策略提供支撐。電動汽車充電樁的任務是通過使用合適的雙向拓撲結構和相應的變換器控制方法，實現能量在EV和電網之間高效率、高可靠、低損耗的雙向流動。統一互動協調管理策略主要通過數據管理，分析調度、配網等信息，從而合理調控大量接入電網的電動汽車電池充放電，在有序充電的基礎上逐步實現負荷轉移甚至負荷調節和旋轉備用的功能。

3 V2G技術的問題和發展方向

電動汽車入網（V2G）技術可以有效加強電動汽車與電網之間的良性互動，不僅能夠解決大量電動汽車無序接入電網帶來的影響，還體現著智能電網進一步發展的一個重要方向。然而要實現電動汽車與電網之間雙向、可控、頻繁的能量流動，還存在一些問題需要進一步研究。

車載儲能電池技術是一個主要方面，目前制約電動汽車發展的一大瓶頸就是電池技術，儲能電池是汽車的能量來源，直接決定了電動汽車的續航能力，是汽車電動化的關鍵所在[2]。對電動汽車自身使用而言，電池需要具有能量密度高、安全性好、使用壽命長、成本低及穩定性強等條件，以保證電動汽車的正常使用;對電動汽車入網（V2G）技術而言，這些儲能單元除了上述條件外還必須具備高充放電循環次數的能力，而且要滿足充放電功率需求。目前的車載蓄電池相關技術尚不成熟，頻繁對電池進行充放電必然會對電池造成損耗，降低電池容量和使用壽命，是阻礙V2G發展的主要因素。

基礎配套設施也需要進一步完善，傳統的電網結構沒有考慮到大量電動汽車接入，相應的具有雙向能量傳輸功能的智能充電樁的建設覆蓋還不充分，統一的充電接口與相應的雙向變換器及控制方法也不夠成熟，實現 V2G的協調管理策略同樣需要進一步深入研究。

4 總結

由于電動汽車與傳統燃油汽車相比具有更環保、更節能等優勢，其相關產業近年來快速發展，電動汽車市場占有率必將不斷增加。電動汽車入網（V2G）技術可以避免大量電動汽車的無序充電行為給電網帶來的較大影響，受到了社會各界的廣泛關注和眾多學者的研究。目前電動汽車入網（V2G）還存在車載儲能電池技術、充電樁智能化與普及程度、統一協調管理策略等方面不夠成熟的限制問題，如何解決這些問題將是該產業未來的重點研究與發展方向。

參考文獻：

[1] 王錫凡， 邵成成， 王秀麗，等. 電動汽車充電負荷與調度控制策略綜述[J]. 中國電機工程學報，2013，33（1）：1-10.

[2] 劉燁，鄭燕萍，孫偉明，朱靜. 電動汽車電池技術發展綜述[J]. 機械制造與自動化（4期）：56-58.

作者簡介：

湯國晟（1994-10 ）男，漢 ，江蘇揚州人， 工程碩士，從事配電運行及維護工作。