低碳經濟下電動汽車集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調優(yōu)化運行
2017-6-4 10:12:44??????點擊：
強電磁工程與新技術國家重點實驗室(華中科技大學) 的研究人員婁素華、張立靜、吳耀武、王永燦，在2017年第5期《電工技術學報》上撰文指出，隨著電動汽車(EVs)大規(guī)模接入電網,其充放電行為的隨機性將給電力調度帶來新的問題。
在研究電動汽車與電網間信息、能量交互機制的基礎上,深入分析EV集群運行模式及其對電力系統(tǒng)發(fā)電調度的影響。基于低碳經濟理念,以電力系統(tǒng)發(fā)電能耗成本、CO2排放費用和V2G服務補貼費用最小化為目標函數(shù),綜合考慮EV行駛需求、碳排放配額、碳排放交易機制等相關約束,建立低碳經濟環(huán)境下EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調優(yōu)化運行模型。
采用所建模型對10機系統(tǒng)進行仿真分析,優(yōu)化結果驗證了模型的合理性和有效性。
近年來，溫室氣體過度排放所導致的全球氣候變暖問題日益引發(fā)關注。各國政府積極尋求策略，加快能源結構調整，實現(xiàn)能源利用的高效化、清潔化、低碳化。電力工業(yè)和交通運輸業(yè)是能源消耗的兩大重要行業(yè)，其CO2排放量之和所占比例高達64%，因此，兩大行業(yè)面臨巨大的減排壓力。
為實現(xiàn)電力及交通領域的低碳化發(fā)展，相關部門積極探尋有效途徑，在引入碳排放配額、碳交易機制等調控手段及經濟機制的同時，也制定了電動汽車( Electric Vehicle，EV)發(fā)展戰(zhàn)略，以保證兩大耗能行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。然而，上述低碳經濟相關要素的引入，將使電力行業(yè)呈現(xiàn)出全新的運營模式，并對電力系統(tǒng)運行帶來深遠的影響。
電力系統(tǒng)優(yōu)化運行是在滿足用電需求的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)內各發(fā)電機組的運行工況，使系統(tǒng)所消耗燃料總量或所需總費用最小。在低碳經濟環(huán)境下，除考慮傳統(tǒng)的發(fā)電能耗成本外，還需兼顧系統(tǒng)碳排放所產生的相關費用，這將影響系統(tǒng)的發(fā)電調度方式。目前已有眾多學者對電力系統(tǒng)的低碳化問題進行了研究。
文獻［4］分析了各類電源的電碳調度特性，建立了兼顧“電平衡”與“碳平衡”的低碳電力調度模型，但模型未涉及碳交易機制。文獻［5］在分析碳交易機制對傳統(tǒng)發(fā)電調度影響的基礎上，建立了基于“總量控制與交易”機制的電力系統(tǒng)優(yōu)化運行模型，并初步探討了碳交易價格、碳排放配額對發(fā)電機組調度結果的影響。
以上文獻從不同角度研究了低碳環(huán)境下電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行問題，并取得了一定成果，但上述研究均未涉及電動汽車這一重要的低碳化要素及其對電力行業(yè) CO2排放的影響。
在能源發(fā)展低碳化的背景下，電動汽車規(guī)模化應用成為必然趨勢。隨著大規(guī)模電動汽車接入電網，其充放電行為的隨機性將給電力系統(tǒng)發(fā)電調度帶來新的挑戰(zhàn)。文獻［7，8］分析得出，通過電動汽車代理 (ElectricVehicle Aggregator)對大量電動汽車實施集群式調度，協(xié)調控制其充放電進程，可提高電力系統(tǒng)運行的經濟性與安全性。
然而，當前電動汽車協(xié)調優(yōu)化調度的研究未考慮碳排放約束以及低碳經濟環(huán)境。因此，如何針對電動汽車的運行特性，在滿足其行駛需求的前提下，實現(xiàn)EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調互動，促進電力和交通行業(yè)的低碳化發(fā)展是一個仍需深入研究的問題。
本文研究低碳背景下EV集群與電網間的交互機制，深入分析電動汽車運行模式及其對電力系統(tǒng)優(yōu)化運行的影響。在此基礎上，綜合考慮電動汽車行駛需求、碳排放配額、碳交易機制等相關約束，以系統(tǒng)綜合運行成本最小化為目標，建立低碳經濟環(huán)境下EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調優(yōu)化運行模型。最后，采用10機系統(tǒng)進行算例仿真，并定量分析EV集群及其運行模式對電力和交通聯(lián)合系統(tǒng)低碳化的影響。
圖 1 EV集群與電網間的交互機制
結論
隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加，如何在保證汽車行駛需求的前提下實施EV集群與電力系統(tǒng)間的有效調度，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳經濟運行是極其重要的。
本文基于電動汽車的運行模式特征分析，建立了不同EV集群運行模式下系統(tǒng)的功率平衡關系。基于低碳經濟理念，建立了EV集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調優(yōu)化運行模型，通過電動汽車靈活的充放電特性改善系統(tǒng)其他發(fā)電機組出力范圍，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行的經濟性與低碳性。算例分析表明，通過合理調度EV集群的充放電進程，可有效降低電動汽車引入電力系統(tǒng)的碳排量，從而減少交通和電力聯(lián)合系統(tǒng)的CO2排放總量，促進低碳經濟的快速發(fā)展。
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