浅谈电动汽车入网技术

摘 要：近年来电动汽车迅速发展，市场保有量不断增加，不久以后将有数量庞大的电动汽车接入电网充电。然而由于电动汽车充电的不确定性，其大规模无序接入电网会对电网的可靠性和稳定性产生一定的冲击。电动汽车入网（V2G）技术旨在加强电动汽车与电网之间的友好互动，可以有效降低大量电动汽车接入对电网的影响，是电动汽车行业继续发展的一大趋势。本文介绍了V2G技术的理论依据，分析了目前存在的问题，并对下一步发展方向进行了展望。

关键词：电动汽车;V2G;电网

随着能源与环保行业的不断发展，传统燃油汽车能源利用率低、污染环境、噪声大、保养成本高等缺点不断突显。同时与传统化石能源相比，电能作为一种优质能源，可以有效提高能源利用率，减少环境污染，促进社会和经济的可持续发展。在此背景下，以电动汽车（Electric Vehicle， EV）为代表的新能源汽车受到世界各国的广泛关注[1]，相关技术日趋成熟。

据统计，截至2019年末，我国新能源汽车保有量达到381万辆，其中纯电动汽车保有量为310万辆。从2014年的8万辆到2019年的310万辆，中国电动汽车市场呈现出快速扩张的趋势，有专家预计，到2040年中国电动汽车保有量或将超过2亿辆。然而相关研究结果表明，数量庞大的电动汽车无序接入电网充电将会严重影响电网的安全、稳定和高效运行，是制约电动汽车快速规模化发展的限制之一。

电动汽车入网（Vehicle-to-Grid， V2G）技术通过合理的管理策略，让大量电动汽车的储能资源与电网形成良性互动，是避免问题的有效方式。

1 电动汽车接入对配网的影响

目前，我国电动汽车数量还没有形成规模化，接入电网的负面效应还不明显，但随着数量的快速增长，大量电动汽车作为简单不可控负荷接入电网将对电网的运行产生一些影响。

在电力负荷方面，由于电动汽车充电负荷具有不确定性，有可能在负荷高峰期大量接入电网，进一步加大电能供需之间的不平衡，使电网的供电能力遭受严峻的考验。在电能质量方面，大量电动汽车无序接入电网，将造成电压波动与暂降、三相不平衡等问题，影响电压稳定性。并且由于电动汽车充电桩是由电力电子器件组成，还会给电网带来谐波污染的威胁。在设备运行方面，早期公共配电网建设中没有考虑电动汽车充电需求，这就使得局部地区充电高峰时段会导致变压器过载，从而严重影响变压器的使用寿命。

2 电动汽车入网（V2G）技术

在电力系统中用电和发电是同时性的，每个电厂都会根据调度指令实时调整发电功率，以保证用电量和发电量的动态平衡。而短期内大容量用电负荷变化不但会增加发电成本，还会加大频率和电压的调整难度。因此，对电网而言，希望全社会的用电负荷保持稳定，负荷波动小，最好是常数。减少负荷波动主要是两个方面，在用电高峰时尽量减少用电、甚至给电网充电（削峰），在用电低谷时增加用电（填谷）。采用具有储能功能的设备与电网进行互动是降低负荷波动的一种有效方法。

电动汽车入网技术（Vehicle-to-grid， V2G）是指电动汽车与电网可交换能量的良性互动关系，将处于停驶状态的电动汽车车载电池视为分布式储能单元，接入具有双向功率变换功能的充电桩，根据需求灵活的从电网消耗电能或者将可控电能反向输送给电网，可以实现削峰填谷的目的，提高电网运行的安全性和稳定性，有利于电动汽车的大量普及。

V2G技术的发展在理论层面主要由EV与电网之间连接的智能充放电变换器（充电桩）和相关的统一互动协调管理策略提供支撑。电动汽车充电桩的任务是通过使用合适的双向拓扑结构和相应的变换器控制方法，实现能量在EV和电网之间高效率、高可靠、低损耗的双向流动。统一互动协调管理策略主要通过数据管理，分析调度、配网等信息，从而合理调控大量接入电网的电动汽车电池充放电，在有序充电的基础上逐步实现负荷转移甚至负荷调节和旋转备用的功能。

3 V2G技术的问题和发展方向

电动汽车入网（V2G）技术可以有效加强电动汽车与电网之间的良性互动，不仅能够解决大量电动汽车无序接入电网带来的影响，还体现着智能电网进一步发展的一个重要方向。然而要实现电动汽车与电网之间双向、可控、频繁的能量流动，还存在一些问题需要进一步研究。

车载储能电池技术是一个主要方面，目前制约电动汽车发展的一大瓶颈就是电池技术，储能电池是汽车的能量来源，直接决定了电动汽车的续航能力，是汽车电动化的关键所在[2]。对电动汽车自身使用而言，电池需要具有能量密度高、安全性好、使用寿命长、成本低及稳定性强等条件，以保证电动汽车的正常使用;对电动汽车入网（V2G）技术而言，这些储能单元除了上述条件外还必须具备高充放电循环次数的能力，而且要满足充放电功率需求。目前的车载蓄电池相关技术尚不成熟，频繁对电池进行充放电必然会对电池造成损耗，降低电池容量和使用寿命，是阻碍V2G发展的主要因素。

基礎配套设施也需要进一步完善，传统的电网结构没有考虑到大量电动汽车接入，相应的具有双向能量传输功能的智能充电桩的建设覆盖还不充分，统一的充电接口与相应的双向变换器及控制方法也不够成熟，实现 V2G的协调管理策略同样需要进一步深入研究。

4 总结

由于电动汽车与传统燃油汽车相比具有更环保、更节能等优势，其相关产业近年来快速发展，电动汽车市场占有率必将不断增加。电动汽车入网（V2G）技术可以避免大量电动汽车的无序充电行为给电网带来的较大影响，受到了社会各界的广泛关注和众多学者的研究。目前电动汽车入网（V2G）还存在车载储能电池技术、充电桩智能化与普及程度、统一协调管理策略等方面不够成熟的限制问题，如何解决这些问题将是该产业未来的重点研究与发展方向。

参考文献：

[1] 王锡凡， 邵成成， 王秀丽，等. 电动汽车充电负荷与调度控制策略综述[J]. 中国电机工程学报，2013，33（1）：1-10.

[2] 刘烨，郑燕萍，孙伟明，朱静. 电动汽车电池技术发展综述[J]. 机械制造与自动化（4期）：56-58.

作者简介：

汤国晟（1994-10 ）男，汉 ，江苏扬州人， 工程硕士，从事配电运行及维护工作。