低碳经济下电动汽车集群与电力系统间的协调优化运行
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 的研究人员娄素华、张立静、吴耀武、王永灿，在2017年第5期《电工技术学报》上撰文指出，随着电动汽车(EVs)大规模接入电网,其充放电行为的随机性将给电力调度带来新的问题。
在研究电动汽车与电网间信息、能量交互机制的基础上,深入分析EV集群运行模式及其对电力系统发电调度的影响。基于低碳经济理念,以电力系统发电能耗成本、CO2排放费用和V2G服务补贴费用最小化为目标函数,综合考虑EV行驶需求、碳排放配额、碳排放交易机制等相关约束,建立低碳经济环境下EV集群与电力系统间的协调优化运行模型。
采用所建模型对10机系统进行仿真分析,优化结果验证了模型的合理性和有效性。
近年来，温室气体过度排放所导致的全球气候变暖问题日益引发关注。各国政府积极寻求策略，加快能源结构调整，实现能源利用的高效化、清洁化、低碳化。电力工业和交通运输业是能源消耗的两大重要行业，其CO2排放量之和所占比例高达64%，因此，两大行业面临巨大的减排压力。
为实现电力及交通领域的低碳化发展，相关部门积极探寻有效途径，在引入碳排放配额、碳交易机制等调控手段及经济机制的同时，也制定了电动汽车( Electric Vehicle，EV)发展战略，以保证两大耗能行业的可持续性发展。然而，上述低碳经济相关要素的引入，将使电力行业呈现出全新的运营模式，并对电力系统运行带来深远的影响。
电力系统优化运行是在满足用电需求的前提下，优化系统内各发电机组的运行工况，使系统所消耗燃料总量或所需总费用最小。在低碳经济环境下，除考虑传统的发电能耗成本外，还需兼顾系统碳排放所产生的相关费用，这将影响系统的发电调度方式。目前已有众多学者对电力系统的低碳化问题进行了研究。
文献［4］分析了各类电源的电碳调度特性，建立了兼顾“电平衡”与“碳平衡”的低碳电力调度模型，但模型未涉及碳交易机制。文献［5］在分析碳交易机制对传统发电调度影响的基础上，建立了基于“总量控制与交易”机制的电力系统优化运行模型，并初步探讨了碳交易价格、碳排放配额对发电机组调度结果的影响。
以上文献从不同角度研究了低碳环境下电力系统的优化运行问题，并取得了一定成果，但上述研究均未涉及电动汽车这一重要的低碳化要素及其对电力行业 CO2排放的影响。
在能源发展低碳化的背景下，电动汽车规模化应用成为必然趋势。随着大规模电动汽车接入电网，其充放电行为的随机性将给电力系统发电调度带来新的挑战。文献［7，8］分析得出，通过电动汽车代理 (ElectricVehicle Aggregator)对大量电动汽车实施集群式调度，协调控制其充放电进程，可提高电力系统运行的经济性与安全性。
然而，当前电动汽车协调优化调度的研究未考虑碳排放约束以及低碳经济环境。因此，如何针对电动汽车的运行特性，在满足其行驶需求的前提下，实现EV集群与电力系统间的协调互动，促进电力和交通行业的低碳化发展是一个仍需深入研究的问题。
本文研究低碳背景下EV集群与电网间的交互机制，深入分析电动汽车运行模式及其对电力系统优化运行的影响。在此基础上，综合考虑电动汽车行驶需求、碳排放配额、碳交易机制等相关约束，以系统综合运行成本最小化为目标，建立低碳经济环境下EV集群与电力系统间的协调优化运行模型。最后，采用10机系统进行算例仿真，并定量分析EV集群及其运行模式对电力和交通联合系统低碳化的影响。
图 1 EV集群与电网间的交互机制
结论
随着电动汽车数量的不断增加，如何在保证汽车行驶需求的前提下实施EV集群与电力系统间的有效调度，实现电力系统的低碳经济运行是极其重要的。
本文基于电动汽车的运行模式特征分析，建立了不同EV集群运行模式下系统的功率平衡关系。基于低碳经济理念，建立了EV集群与电力系统间的协调优化运行模型，通过电动汽车灵活的充放电特性改善系统其他发电机组出力范围，实现电力系统运行的经济性与低碳性。算例分析表明，通过合理调度EV集群的充放电进程，可有效降低电动汽车引入电力系统的碳排量，从而减少交通和电力联合系统的CO2排放总量，促进低碳经济的快速发展。