泛在電力物聯網下電動汽車充電與儲能的市場化研究

楊立軍，楊 志

泛在電力物聯網下電動汽車充電與儲能的市場化研究

楊立軍，楊 志

(萬幫數字能源股份有限公司，江蘇 常州 213000)

電動汽車作為分布式儲能具有容量大、可移動、響應快速等優點。圍繞電力系統各環節，在移動互聯、人工智能等技術的支持下，如何把電動汽車整合到電力市場中發揮它更大的價值，構建具備全面感知、高效應變、靈活處理的智慧服務系統，具有很大市場價值。結合電動汽車和電力市場的現狀，對應用電動汽車作為電力市場商業應用進行分析，希望能更好地推動電動汽車作為移動儲能帶來的好處，以挖掘電動汽車更多的商業價值。

分布式儲能；電力市場；移動互聯；商業應用

0 引言

電動汽車可以看成是移動的儲能單元，連接電網與電動汽車之間的是充電器，把充電器做成雙向可充可放，就能使電動汽車與電網之間進行互動，這種技術也就是所說的V2G，基于藍牙、4G通信技術、設備可連入電力物聯網，參與泛在電力物聯網下的電力市場化應用。

電動汽車不僅可以作為交通工具解決出行問題，同時也是解決能源和環境的重要手段，電動汽車參與電網應用研究越來越廣泛，文獻[1]進行了電動汽車消納風電策略研究，文獻[2-3]基于需求響應闡述了虛擬電廠概念，文獻[4]面向電動汽車有序充電的控制策略研究，基于有序充電應用需求給出了電動汽車有序充電系統的架構設計；并對充電負荷優化策略和充電負荷分配策略進行了深入研究。

上述工作偏重于研究電動汽車消納風電策略研究、參與電網互動策略等微觀層面，而較少涉及從宏觀層面研究電動汽車參與電力市場交易的商業模式。由此產生一個技術難題，如何促使電動汽車參與電力市場交易，從而促進電力系統供需平衡。圍繞上述難題，本文在“泛在電力物聯網”的技術支持下以實現電動汽車有序充放電，改善系統負荷特性、電壓及頻率質量，實現車輛、充電設施和電網三者間的友好互動、協同運行，構建電力市場化的新模式。

1 電力市場下的電動汽車特性現狀

電動汽車可以直接接入大電網或者通過家庭、樓宇或者運營商等方式接入電網。直接接入大電網時用戶直接與供電局進行電費交易，間接接入需與中間商進行交易，但電費最終也是與供電局交易。早期的電動汽車基本只支持單向充電功能，隨著電動汽車和充電技術的發展，電動汽車廠家逐漸增加了電能的雙向流動控制，使原本的充電服務變成可以雙向傳輸的新電力市場模式；而支撐這種模式的原因有：①?電動汽車停車時間較長，且充電時間基本在電網晚高峰時間，若通過綜合控制策略來避開高峰充電，則能有效穩定電網；②?電動汽車自身的車載通信系統可以使其連接到電力物聯網，同時內部帶有數據監控裝置，可在泛在電力物聯網下共享充放電數據；③?電動汽車的充放電響應可在幾秒內完成，在電網需求時提供靈活響應。

2 泛在電力物聯網下的電動汽車市場價值

2.1 削峰填谷

利用峰谷價差獲取利潤是電動汽車作為儲能最主要的商業應用之一。在低谷電價時，對儲能設備進行充電，獲取低谷電量時的花費則為儲能的充電成本。在高峰電價時，使用已儲存好的電能，做到負荷高峰時使用低價電用于生產生活，負荷高峰時使用的電能與峰谷電價差的乘積為峰谷差價收益。

建立在泛在電力物聯網下的“星星充電”平臺以運行成本最小、經濟效益最高、綜合費用最低為目標。該平臺在某個體營業場所半年試運行測試，運行狀態與產生的經濟效益中每年可以賺得近3.2萬元。由此擴展可知，電動汽車的集中式充放電調度將產生更好的經濟收入，無論電網的運行狀態是并網還是離網，電動汽車是有序充電還是無序充電，都能產生正向利潤，證明平臺控制策略的魯棒性較好，對外部環境的變化有較好的適應性，為推動電動汽車V2G模式打下了堅實的理論基礎，具有大規模可復制性與推廣價值。

表1 電動汽車充放電年利潤

2.2 輔助服務

風能、太陽能等新能源電源具有典型的間歇性。隨著電網中新能源滲透率的逐漸升高，間隙性電源出力的波動性和不確定性極有可能導致系統發出功率與負荷需求之間的偏差，從而引起電網頻率產生偏差。

電動汽車作為移動儲能裝置，在電網輔助服務中具有廣泛的應用前景。在電動汽車大規模普及的情況下，電動汽車集群可以作為系統的儲能設備，向電力系統提供頻率調節的服務。電力系統調頻分為一二次調頻，一次調頻是電網應對短周期的負荷功率變化，由機組通過自身調速器完成，頻率有差調節。二次調頻，應對較長周期的負荷功率變化，通常由調度中心通過AGC控制完成，頻率無差調節。電動汽車的儲能特性參與電力系統的二次調頻需求。

如圖1所示的中心調度系統進行投標和競價策略計算，調頻斜率限制設置。就地監控對本地的設備進行集中管理。

圖1 中央調度系統圖

充電站系統滿足UL1741和IEEE 1547.1標準要求，適合市場應用。調頻系統主要是由電動汽車、V2G、升壓變壓器及相關配電組成。充電站調頻系統與電力發電機組協調工作，快速、準確響應AGC二次調頻指令，圖3為響應指令調頻功率曲線。

圖2 調頻功率曲線

電動汽車作為替代傳統火電調頻的收益，按照電網公司的考核獎勵辦法來測算收益，如表2所示調節深度D為AGC日調節量總和，Kp為當日AGC調節性能綜合評判指標，Y為AGC調節性能補償標準，這里參考火電機組取15元/MW。

表2 輔助服務計算數據

日補償費用=D×Kp×Y=7500元，年補償費用為270.3萬元，雖然收益和實現調頻調度的支出沒有那么大優勢，但作為傳統火力發電外的一種調頻方式是值得推廣研究應用的。

2.3 可再生能源跨省銷售

《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》在2019年5月10日由國家發改委、國家能源局兩部門聯合下發可再生能源消納監督與考核要求，根據通知，各省級能源主管部門對照2018年消納責任權重開展自我核查，2019年模擬運行并對市場主體進行試考核，自2020年1月1日起全面進行監測評價和正式考核。在此背景下，供電公司作為被考核主體，電動汽車具有可移動性的特點，可以跨省區域交易購買低價可再生能源電力，這樣能夠促進省外可再生能源的消納，也滿足自身需求，調動電動汽車參與電力市場的積極性。

此模式的商業下各方的收入來源，售電公司賺取充電電費及服務費，批量參與電力市場可與電網公司進行批發電價商談，也可以聯合其他發電業務，作為輔助服務來響應電網需求的負荷曲線以獲得相應的收益。

2.4 應急電源

當電網出現跌落，閃變或者中斷時能夠保證對重要負荷的短時緊急供電，以使重要數據備份或啟動備用電源支撐。當電動汽車或充換電站具備V2G功能時，其可控的電源特性可以實現應急電源功能，根據實際情況選擇需要的電動汽車數量來提供相應的容量需求，這樣可以不用購置常規的應急電源裝置。當電網出現故障時，可以通過控制電動汽車的電池放電來應急使用。需要維護的只是V2G設備，對比傳統的應急電源，減少了設備維護和維修人員，進一步提供經濟性。

3 結論

在泛在電力物聯網下，無論是從電動汽車使用者的角度還是電力市場角度，電動汽車作為充電用戶和儲能單元參與電網的市場化中，對電網來說相當于提高了容量，通過優化的調度策略緩解電網在負荷高峰時的壓力，也能在負荷低谷時充分利用電網的閑置資源提高電網的利用率，通過電力輔助服務獲取政府補貼，峰谷電價獲取利潤，作為應急電源減少停電帶來的損失。電動汽車參與電力的市場化，還能對風電、光伏等清潔能源進行消納，達到減碳排放、節約資源的目標，也避免傳統儲能建設的高昂費用。結合對電動汽車充放電市場化的研究，可以得出電動汽車參與電力市場有助于電網和電動汽車相互成長，具有重要的推廣價值。

[1] 劉都利. 考慮電動汽車分類的V2G消納風電優化策略研究[D]. 長沙: 長沙理工大學, 2017.

[2] 王金明, 張衛國, 朱慶, 等. 含風電及電動汽車虛擬電廠參與電力市場的優化調度策略[J]. 電力需求側管理, 2020, 22(1): 28-34, 47.

WANG Jinming, ZHANG Weiguo, ZHU Qing, et al. Optimal scheduling strategy for VPP participating in the power market including wind power and EV[J]. Power Demand Side Management, 2020, 22(1): 28-34, 47.

[3] 傅曉晴. 電力改革和新技術推動下的電力營銷研究[D]. 保定: 華北電力大學, 2019.

[4] 李苗苗. 面向電動汽車有序充電的控制策略研究[D]. 濟南: 山東大學, 2020.

[5] 劉繼春, 賈琢玉, 向月, 等. 泛在電力物聯網下電動汽車充電服務費定價模型[J]. 工程科學與技術, 2020, 52(4): 33-41.

LIU Jichun, JIA Zhuoyu, XIANG Yue, et al. Pricing model of electric vehicle charging in electrical internet of things[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2020, 52(4): 33-41.

[6] 張玉朋, 崔克剛. 基于泛在電力物聯網的V2G技術綜述[J]. 電工技術, 2020(5): 135-137.

ZHANG Yupeng, CUI Kegang. Review of V2G technology based on ubiquitous power internet of things[J]. Electric Engineering, 2020(5): 135-137.

[7] 賴飛屹, 徐弘. 基于納什均衡的電動汽車參與下的電網博弈分析[J]. 江西電力, 2019, 43(6): 9-15, 20.

[8] 李德智, 田世明, 王偉福, 等. 分布式儲能的商業模式研究和經濟性分析[J]. 供用電, 2019, 36(4): 86-91.

LI Dezhi, TIAN Shiming, WANG Weifu, et al. Business model research and economic analysis of distributed energy storage[J]. Distribution & Utilization, 2019, 36(4): 86-91.

[9] 王利強, 孫景, 李建華. 論市場環境下電動汽車的電力服務[J]. 電子世界, 2017(14): 161.

[10] 劉敦楠, 王梅寶, 李根柱, 等. 電動汽車參與電力市場的商業運營模式研究[J]. 全球能源互聯網, 2019, 2(5): 516-524.

LIU Dunnan, WANG Meibao, LI Genzhu, et al. Business model for optimal electric vehicle participation in electricity market[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(5): 516-524.

[11] 劉新利, 程瑋, 劉濤, 等. 輸配電價改革后的電網企業盈利模式分析[J]. 中國電力企業管理, 2018(19): 18-21.

[12] 顏樂平, 李琰, 徐天奇. 智能電網中電動汽車充放電實時電價策略研究[J]. 電工技術, 2019(24): 177-180.

YAN Leping, LI Yan, XU Tianqi. Research on real-time electricity price strategy of electric vehicle charging and discharging in smart grid[J]. Electric Engineering, 2019(24): 177-180.

Research on marketization of electric vehicle charging and storage in internet of things in power systems

YANG Lijun, YANG Zhi

(Wanbang Digital Energy Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

Working as a distributed storage, the electrical vehicle has features including high capacity, being portable, quick response, etc. With the support of techniques such as mobile internet and artificial intelligence, it has a high market value of how to integrate electric vehicle into electricity market and building a smart service system having comprehensive sensing, effective response and flexible handling for each link of power system. This paper combines current status of electric vehicle and electricity market and analyses electricity commercial application based on electric vehicle application, aiming at bringing benefit to pushing the storage application of electric vehicle and exploring more commercial value of electric vehicle.

distributed storage; electricity market; mobile internet; commercial application

2020-09-12

楊立軍(1978—)，男，碩士，高級工程師，研究方向為開關電源、電力電子裝置。E-mail: lijun.yang@wanbangauto.com