趙梓潼,顧 兵

(1.華北電力大學(xué)國際教育學(xué)院(保定),保定 河北 071003;2.東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,吉林 吉林 132012)

0 引 言

可再生能源發(fā)電如風(fēng)力發(fā)電,其特點(diǎn)是不可控的,間歇性的,所以當(dāng)可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)的比例逐漸增大時(shí),對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性的影響也越來越大。風(fēng)電的迅猛發(fā)展也帶來了因電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與風(fēng)電的大量裝機(jī)之間失衡所導(dǎo)致的棄風(fēng)限電問題的出現(xiàn)[1]。為了確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定,就需要在可再生能源并網(wǎng)的比例逐漸提高的情況下,引入更多的靈活性資源來維持電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與平衡,以降低可再生能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)帶來的影響[2]。目前所引入的靈活性資源主要是水電機(jī)組、調(diào)峰機(jī)組、互聯(lián)電網(wǎng)、抽水蓄能電站與需求側(cè)響應(yīng)等[3-4]。需求響應(yīng)(Demand Response,DR)在市場(chǎng)中的作用在目前大數(shù)據(jù)日趨成熟的背景之下變得越來越重要。

需求響應(yīng)是指電力系統(tǒng)根據(jù)供需平衡和電網(wǎng)穩(wěn)定性的需要,通過改變用戶用電行為來調(diào)整負(fù)荷需求。柔性負(fù)荷作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分,其具備需求側(cè)響應(yīng)能力,因此作為調(diào)配資源在有序用電中可以發(fā)揮重要作用[5]?？焖佟?zhǔn)確的挖掘需求響應(yīng)潛力來保證電網(wǎng)安全有效運(yùn)行緩解供電壓力,是地市公司開展供電服務(wù)的重要工作目標(biāo)[6-7]。

近年電動(dòng)汽車大力發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響,特別是在需求響應(yīng)方面。電動(dòng)汽車所使用的用動(dòng)力電池具有可控性,并且能夠向電網(wǎng)反向饋電,可作為分布式儲(chǔ)能單元來使用,通過電動(dòng)汽車的充電和放電行為,可以調(diào)節(jié)負(fù)荷需求,從而實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)。這一特性使電動(dòng)汽車以靈活性資源服務(wù)于電網(wǎng)系統(tǒng)有著巨大的潛力。據(jù)統(tǒng)計(jì),2022年截止,新能源汽車在我國的市場(chǎng)保有量達(dá)到1 310萬輛,其中純電動(dòng)汽車占比為79.77%,市場(chǎng)保有量為1 045萬輛。假設(shè)以每輛電動(dòng)汽車的電池容量為50 kWh計(jì)算,那么將有超過6.55億kWh的動(dòng)力電池電容量。我國在2030年預(yù)計(jì)將有近1億輛的電動(dòng)汽車[8],那么將有超過49億kWh的動(dòng)力電池電容量。電動(dòng)汽車負(fù)荷靈活并且可以快速響應(yīng)[9-11],能夠?qū)π履茉创笠?guī)模的接入電網(wǎng)后產(chǎn)生的功率波動(dòng)具有抵消作用,使電網(wǎng)可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行[12-13]。

1 電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)支持電網(wǎng)運(yùn)行

1.1 社會(huì)效益

由于電能無法進(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)存,因此應(yīng)使發(fā)電與用電量之間平衡。電網(wǎng)發(fā)電量小于負(fù)荷需求,會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降,反之,電網(wǎng)頻率會(huì)上升[14]。為保證電網(wǎng)運(yùn)行安全,應(yīng)對(duì)電網(wǎng)采取調(diào)頻工作,其通常是采用調(diào)節(jié)機(jī)組的出力的方式進(jìn)行調(diào)頻,但其經(jīng)濟(jì)性差,響應(yīng)速度慢。而采用電池儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)頻則可以降低成本,而且對(duì)需求的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)調(diào)頻方式更加迅速與靈活?；陔姵貎?chǔ)能的這一特性,電動(dòng)汽車可以參與到系統(tǒng)調(diào)頻這一過程。對(duì)電動(dòng)汽車成規(guī)模控制來響應(yīng)電網(wǎng)或以負(fù)荷聚合商的形式來參與調(diào)度,則能夠改善電能質(zhì)量,可以削峰填谷、提供移動(dòng)儲(chǔ)能等服務(wù),能帶來一定的社會(huì)效益。

1.2 新能源消納

協(xié)調(diào)電動(dòng)汽車與新能源發(fā)電之間的互補(bǔ)關(guān)系,是一種能夠使二者達(dá)到雙贏的策略,同時(shí)又能對(duì)新能源發(fā)電具有波動(dòng)性這一天特點(diǎn)具有平抑作用,相較于對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)配置的成本,此成本要更為低廉。新能源發(fā)電如風(fēng)電以及光伏,其在與負(fù)荷需求的匹配性上較差,主要是因?yàn)樾履茉窗l(fā)電出力隨機(jī)性強(qiáng),波動(dòng)性大[15],而利用儲(chǔ)能技術(shù)則可以提高電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力,可以有效解決新能源發(fā)電并網(wǎng)這一問題[16-17],從而保證新能源發(fā)電接入網(wǎng)后電網(wǎng)運(yùn)行安全。因此擁有儲(chǔ)能特性的電動(dòng)汽車使得在抑制風(fēng)能的波動(dòng)性方面擁有了很大的可實(shí)現(xiàn)性。電動(dòng)汽車可以在總體負(fù)荷小而新能源出力大的時(shí)間段進(jìn)行充電,相反,在總體負(fù)荷大而新能源出力小的時(shí)間段進(jìn)行放電,以此來對(duì)新能源發(fā)電進(jìn)行間接調(diào)節(jié),又可以使得電動(dòng)汽車所需要的電能大部分來源于新能源發(fā)電。

1.3 削峰填谷

電動(dòng)汽車市場(chǎng)保有量大,可以將每輛電動(dòng)汽車都看作是一個(gè)分布式儲(chǔ)能裝置,在對(duì)其充放電過程進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,使其在新能源出力大系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)進(jìn)行充電,新能源出力小系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)進(jìn)行放電,以此來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的削峰填谷。電動(dòng)汽車的無序充電會(huì)使電網(wǎng)出現(xiàn)峰上加峰或者產(chǎn)生新的負(fù)荷高峰的現(xiàn)象,給電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來一系列問題,如造成諧波污染、加劇電能損耗以及運(yùn)營成本上升等[18]。通過引導(dǎo)電動(dòng)汽車的充放電行為使得電動(dòng)汽車進(jìn)行有序充電,可以調(diào)整電網(wǎng)峰谷差負(fù)荷。對(duì)電動(dòng)汽車的充放電進(jìn)行有序的調(diào)度可以減小電網(wǎng)的峰谷差,同時(shí)電網(wǎng)的負(fù)荷曲線也能更加平滑,最終降低電網(wǎng)的電能損耗[19]。

2 電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)的途徑

2.1 用戶直接參與需求響應(yīng)

電動(dòng)汽車用戶個(gè)體直接參與需求響應(yīng)是電動(dòng)汽車參與車網(wǎng)互動(dòng)的基本形式,這一基本形式為電網(wǎng)將所需的調(diào)頻容量公布或發(fā)送給電動(dòng)汽車用戶,電動(dòng)汽車用戶根基自己的行程規(guī)劃選擇是否接受調(diào)頻響應(yīng),同時(shí)用戶還應(yīng)直接與電網(wǎng)簽訂合同,以進(jìn)行調(diào)頻交易的結(jié)算。但是電動(dòng)汽車以個(gè)體形式直接參與調(diào)度會(huì)帶來一定的調(diào)度壓力,電網(wǎng)或運(yùn)營商很難將指令下發(fā)給每一個(gè)電動(dòng)汽車用戶,且用戶接受指令后是否響應(yīng)未知,同時(shí),基于分時(shí)電價(jià)的引導(dǎo)下,當(dāng)大規(guī)模電動(dòng)汽車入網(wǎng)時(shí)又可能會(huì)在原本的低谷時(shí)段產(chǎn)生新的高峰。

2.2 通過負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)

電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商(Electric Vehicle Aggregator,EVA)是通過平臺(tái)將分散的電動(dòng)汽車的充放電行為進(jìn)行統(tǒng)一管理,并對(duì)用戶的充放電需求進(jìn)行分類、匯總、整理,然后以負(fù)荷聚合商平臺(tái)的形式與供電公司進(jìn)行交易,使得電動(dòng)汽車用戶間接的參與到需求響應(yīng)中,將用戶需求響應(yīng)資源進(jìn)行整合并與市場(chǎng)的購買者進(jìn)行交易的獨(dú)立運(yùn)行組織。

電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商的盈利模式為與供電公司簽署合同,合同內(nèi)容包括參與需求需求響應(yīng)的充放電時(shí)間、電量、電價(jià)等,并以電量售賣過程中的電價(jià)差值實(shí)現(xiàn)獲利。在電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商與電動(dòng)汽車用戶之間也可以通過簽訂合同的方式使電動(dòng)汽車用戶根據(jù)聚合商平臺(tái)發(fā)出的信息來調(diào)整自己的充放電策略,使自己的用車成本降低。

3 電動(dòng)汽車聚合商參與需求響應(yīng)設(shè)計(jì)

3.1 電動(dòng)汽車聚合商有序放電策略

在對(duì)電動(dòng)汽車不加引導(dǎo)的無序充電方式下,多數(shù)電動(dòng)汽車用戶的充電行為多是根據(jù)自身的用車規(guī)律或出行歷程進(jìn)行充電,很少會(huì)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷階段進(jìn)行充電行為。以我國多數(shù)公司的工作時(shí)間階段與汽車用戶的出行階段為參考,假設(shè)17:00～18:00是處于晚高峰的時(shí)間段,平均1～2h到家,此時(shí)也正處于居民側(cè)的用電上升階段,并在將在未來3～4h達(dá)到用電高峰,同時(shí)多數(shù)電動(dòng)汽車用戶在下班回到家中時(shí)會(huì)選擇立刻充電,這就造成了大量電動(dòng)汽車負(fù)荷與電網(wǎng)負(fù)荷重疊,電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)進(jìn)一步加重,另一方面,在新能源發(fā)電方面,如風(fēng)電,在電網(wǎng)負(fù)荷低谷的夜間往往其出力更多,而電動(dòng)汽車的荷電量在這時(shí)多數(shù)已經(jīng)處于飽和狀態(tài),因其不會(huì)再消納更多的電能使得消納風(fēng)電的難度大大增加。

某地根據(jù)前文電動(dòng)汽車用戶充電時(shí)間的假設(shè),則與系統(tǒng)負(fù)荷的關(guān)系如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車充電概率密度與電網(wǎng)負(fù)荷

由圖1可知,在20:00時(shí),電動(dòng)汽車的充電概率達(dá)到做大,其概率密度約為0.16,而此時(shí)電網(wǎng)的負(fù)荷也達(dá)到最高值,約為3 200 MW,同樣,在2:00～7:00的這一時(shí)間段,電動(dòng)汽車的充電概率與電網(wǎng)的負(fù)荷也來到了最低。在對(duì)電動(dòng)汽車不加以引導(dǎo)的無序充電的情景之下,電動(dòng)汽車的充電概率與電網(wǎng)的原始負(fù)荷發(fā)生了重疊,電網(wǎng)的峰谷差被進(jìn)一步加劇。

激勵(lì)型與價(jià)格型是需求響應(yīng)的兩種實(shí)現(xiàn)方法,二者均可以引導(dǎo)用戶參與需求響應(yīng)可以有效的對(duì)電動(dòng)汽車實(shí)施有序的充放電。分時(shí)電價(jià)是實(shí)現(xiàn)價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)的方法之一,通過引導(dǎo)用戶通過電價(jià)在不同時(shí)間段的差異來對(duì)自己的充電時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的改變,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充放電的有序控制。

峰谷電價(jià)的問題之一是現(xiàn)有的分時(shí)電價(jià)時(shí)間段與每天實(shí)時(shí)變化的實(shí)際負(fù)荷之間不能很好的對(duì)應(yīng)[20],以及基于引導(dǎo)下的多數(shù)電動(dòng)汽車在時(shí)間設(shè)計(jì)較短的的谷時(shí)段大量充電,造成了原本谷時(shí)段又產(chǎn)生了新的負(fù)荷高峰這一問題[21]。所以在大量電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的情況下,寄希望于通過分時(shí)電價(jià)來滿足電網(wǎng)的調(diào)峰需求是難以實(shí)現(xiàn)的。而基于實(shí)時(shí)電價(jià)引導(dǎo)用戶進(jìn)行有序充放電又過于依賴電價(jià)的變化時(shí)間,實(shí)時(shí)電價(jià)策略很可能會(huì)因?yàn)殡妰r(jià)變化時(shí)間間隔過長而產(chǎn)生新的負(fù)荷高峰[22]。因此需求響應(yīng)價(jià)格型下的分時(shí)電價(jià)與實(shí)時(shí)電價(jià),都是通過制定不同時(shí)間階段的電價(jià)繼而引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶進(jìn)行有序的用電行為,兩種需求響應(yīng)本質(zhì)上是一樣的。分時(shí)電價(jià)可能會(huì)使得用戶過度響應(yīng),使符合峰谷差進(jìn)一步加大,實(shí)時(shí)電價(jià)可能會(huì)引起用戶響應(yīng)疲憊,造成出現(xiàn)新的負(fù)荷尖峰的情況。為克服分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)的缺點(diǎn),考慮到電動(dòng)汽車負(fù)荷特性和用戶響應(yīng)的意愿參與意愿,在分時(shí)電價(jià)與實(shí)時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)之上,重新制定頂級(jí)策略與充放電策略。

基于分時(shí)電價(jià)與實(shí)時(shí)電價(jià)下易造成電動(dòng)汽車用戶的過度響應(yīng)與響應(yīng)疲態(tài)這一弊端,對(duì)充放電策略進(jìn)行優(yōu)化,本文采用電動(dòng)汽車聚合商的方式對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行統(tǒng)一的充放電規(guī)劃,同時(shí)電網(wǎng)可根據(jù)對(duì)每天的發(fā)電量以及負(fù)荷進(jìn)行估計(jì),得出每天不同時(shí)段下的分時(shí)電價(jià),而電動(dòng)汽車聚合商平臺(tái)將信息發(fā)送給電動(dòng)汽車用戶,用戶根據(jù)自己的出行狀態(tài)以及對(duì)自己在參與需求響應(yīng)后的電量期望值,反饋給聚合商平臺(tái),由聚合商平臺(tái)在不同的時(shí)間段對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行統(tǒng)一的充放電,這樣可以大大減弱過度響應(yīng)與響應(yīng)疲態(tài)這一弊端。

3.2 電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)設(shè)計(jì)思路

圖2為電力市場(chǎng)框架下的電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)下各方之間能量流與信、息流的關(guān)系。

圖2 電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)各方之間能量流與信息流的關(guān)系

從圖2可以看出,電網(wǎng)將調(diào)頻指令發(fā)送給電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商,電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商通過電網(wǎng)發(fā)布的調(diào)頻指令向充電樁運(yùn)營商發(fā)送功率調(diào)節(jié)指令,而充電樁運(yùn)營商則對(duì)負(fù)荷聚合商發(fā)送用戶的響應(yīng)反饋,以及車輛狀態(tài)信息。電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商向交易中心發(fā)送通過計(jì)算得到可調(diào)容量、基準(zhǔn)負(fù)荷報(bào)量報(bào)價(jià)以及響應(yīng)結(jié)果反饋,之后交易中心向負(fù)荷聚合商發(fā)送中標(biāo)調(diào)頻容量和里程、中標(biāo)價(jià)格、調(diào)頻指令、結(jié)算信息。同時(shí)交易中心會(huì)向電網(wǎng)發(fā)送安全校核之前的出清結(jié)果,最后電網(wǎng)向交易中心發(fā)送校核之后的出清結(jié)果。

3.3 電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制

本電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制流程如下:

1)再輔助服務(wù)市場(chǎng)中,電網(wǎng)與電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商提交輔助服務(wù)相關(guān)的報(bào)價(jià)報(bào)量。

2)電網(wǎng)下達(dá)調(diào)頻容量需求,中標(biāo)的市場(chǎng)主體在運(yùn)行時(shí)段接收到上調(diào)(下調(diào))指令后,電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商通過價(jià)格引導(dǎo)控制充電樁減少充電(增加充電),提供下調(diào)(上調(diào))容量。

那么市場(chǎng)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是市場(chǎng)出清機(jī)制。本文在電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制中之開展日前交易與日內(nèi)交易,本文將以每15 min劃分為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的方式將24個(gè)小時(shí)分為96個(gè)節(jié)點(diǎn),以通過不同時(shí)間段的供求關(guān)系保證電價(jià)在不同時(shí)間的差別。同時(shí)將日內(nèi)交易則分為小時(shí)前與5 min前的出清。

預(yù)計(jì)的調(diào)頻需求由電網(wǎng)在運(yùn)行日的前一天進(jìn)行公布,同時(shí)公布根據(jù)調(diào)頻需求所計(jì)算得到的各時(shí)間段的充電電價(jià)與放電電價(jià),各聚合商平臺(tái)將信息發(fā)送給電動(dòng)汽車用戶,電動(dòng)汽車用戶根據(jù)自己的用車需求以及期望的用車時(shí)間選擇充電與放電時(shí)間段,上傳至聚合上平臺(tái),聚合上平臺(tái)將用戶上報(bào)的數(shù)據(jù)反饋給電網(wǎng)運(yùn)營商,進(jìn)行日前的出清。

在日內(nèi)市場(chǎng)進(jìn)行5 min前調(diào)頻需求預(yù)測(cè),并開展小時(shí)前和5 min前的出清,電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商分別以日前中標(biāo)量、小時(shí)前中標(biāo)量和5 min前中標(biāo)量參加需求響應(yīng)。其中調(diào)頻容量應(yīng)滿足條件為

(1)

(2)

(3)

4 峰谷分時(shí)充放電電價(jià)制定

4.1 電動(dòng)汽車充電電價(jià)制定

4.1.1 充電電價(jià)下限

本文選擇的電動(dòng)汽車充電電價(jià)的下限為電力部門規(guī)定的峰谷電價(jià)中的谷時(shí)電價(jià),僅考慮純電動(dòng)私家車的基礎(chǔ)上,得到充電電價(jià)模型為

(4)

公式中:Pv為谷時(shí)電價(jià);Pp為峰時(shí)電價(jià);Pn為平時(shí)電價(jià);[tv1,tv2]為谷時(shí)電價(jià)時(shí)間段;[tp1,tp2]為峰時(shí)電價(jià)時(shí)間段。

4.1.2 充電電價(jià)上限

在一定的的條件下,電動(dòng)汽車的用車費(fèi)用要低于傳統(tǒng)燃油車的用車費(fèi)用時(shí),消費(fèi)者才更有意愿選擇電動(dòng)汽車來取代燃油汽車。

設(shè)C1為傳統(tǒng)燃油汽車的用車費(fèi)用,則有:

C1=Cv1+Co+Cm

(5)

公式中:Cv1為購買燃油汽車的裸車價(jià)格;Co為燃油汽車使用生命周期中的總?cè)加唾M(fèi)用;Cm為燃油汽車使用生命周期中的總保養(yǎng)維修費(fèi)用。Co的計(jì)算可以由公式(6)得到。

(6)

設(shè)C2為電動(dòng)汽車的用車費(fèi)用,則有:

C2=Cv2+Ce+Be-Bb

(7)

公式中:Cv2為購買電動(dòng)汽車的裸車價(jià)格;Ce為電動(dòng)汽車使用生命周期的充電費(fèi)用總額;Be為電動(dòng)汽車電池更換的費(fèi)用總額;Bb為電動(dòng)汽車電池被回收時(shí)得到的收入總額。Ce、Bb分別為

(8)

Bb=Eas×Bbr

(9)

公式中:Tat為平均每天電動(dòng)汽車的出行次數(shù);Sat為電動(dòng)汽車每次的平均行駛距離;S1kWh為每度電電動(dòng)汽車行駛的里程;Dy為一年中電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)天數(shù);Eas為電動(dòng)汽車電池的平均荷電量;Bbr為回收電動(dòng)汽車電池的價(jià)格。

因此,燃油汽車的用車費(fèi)用C1與電動(dòng)汽車的用車費(fèi)用C2之間的差值便是電動(dòng)汽車充電電價(jià)的上限Pcmax為

Pcmax=C1-C2

(10)

4.2 電動(dòng)汽車放電電價(jià)的制定

4.2.1 電動(dòng)汽車放電電價(jià)下限

電動(dòng)汽車每天平均的充電費(fèi)用為

(11)

在負(fù)荷高峰時(shí)段峰時(shí)段,電動(dòng)汽車向電網(wǎng)反向充電,電動(dòng)汽車用戶每天的可得到的收益為

I=Po(Wmax-We)-PcminWmax-Lb

(12)

公式中:Po為電動(dòng)汽車放電電價(jià);Wmax為每輛電動(dòng)汽車單次充電用電量的均值;We為每輛電動(dòng)汽車放電后的剩余電量的均值;Lb電池充放電造成的電池?fù)p耗。Lb計(jì)算為

(13)

公式中:ηc、ηd分別為電動(dòng)汽車電池充、放電效率。

所以,電動(dòng)汽車用戶會(huì)將電動(dòng)汽車并網(wǎng)并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行反向饋電的條件為:電動(dòng)汽車反向入網(wǎng)放電所能得到的收益大于充電的支出費(fèi)用,即:

(14)

求解得:

(15)

4.2.2 電動(dòng)汽車放電電價(jià)上限

電網(wǎng)需要電動(dòng)汽車進(jìn)行放電行為是只會(huì)出現(xiàn)在電網(wǎng)負(fù)荷的高峰階段,其他時(shí)段不會(huì)要求電動(dòng)汽車進(jìn)行反向饋電,此時(shí)電網(wǎng)峰時(shí)電價(jià)是一定的也即最高上限,因此放電電價(jià)上限以電力部門制定的分時(shí)電價(jià)中的峰時(shí)電價(jià)為準(zhǔn)。

5 數(shù)值模擬分析

5.1 參數(shù)設(shè)置

5.1.1 仿真參數(shù)

本文假設(shè)該地區(qū)的電動(dòng)汽車的市場(chǎng)保有量為30萬輛,以比亞迪e6作為數(shù)值模擬的車型,比亞迪e6的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示,以圖1中夏季典型日負(fù)荷數(shù)據(jù)作為仿真的電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)。

表1 電動(dòng)汽車參數(shù)

5.1.2 放電電價(jià)計(jì)算結(jié)果

假設(shè)電動(dòng)汽車平均每次出行的距離為20 Km,電動(dòng)汽車的充放電效率分別為90%、85%,那么平均充電一次的最大用電量可以計(jì)算得Wmax為5.85kW·h,以峰時(shí)電價(jià)作為放電電價(jià)上限為Pdmax為2.0元/(kW·h)。參與需求響應(yīng)的電動(dòng)汽車放電電價(jià)下限可以有由公式(11)～公式(15)計(jì)算得Pdmin為1.84元/(kW·h)。

5.1.3 充電電價(jià)計(jì)算結(jié)果

分時(shí)電價(jià)參數(shù)設(shè)置為電動(dòng)汽車負(fù)荷聚合商采取國內(nèi)用電分時(shí)電價(jià)價(jià)格從電網(wǎng)購電,而負(fù)荷聚合商對(duì)電動(dòng)汽車的充電電價(jià)以峰時(shí)電價(jià)、平時(shí)電價(jià)、谷時(shí)電價(jià)的5∶3∶1的比例形式進(jìn)行收取,如表2所示。

表2 電價(jià)參數(shù)

其中峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)電價(jià)分別為:Pp=2.0元/(kW·h),Pn=1.2元/(kW·h),Pv=0.4元/(kW·h),充電電價(jià)下限以谷時(shí)電價(jià)為準(zhǔn)為Pcmin為0.4元。

作為與電動(dòng)汽車的對(duì)比,同時(shí)其汽車售價(jià)應(yīng)與選擇的電動(dòng)汽車售價(jià)基本相等,購買比亞迪e6裸車價(jià)格30.98萬元,因?yàn)橹苣┮约肮?jié)假日與工作日的電網(wǎng)與電動(dòng)汽車負(fù)荷不同,因此采用非周末節(jié)假日的電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù),將一年的參與需求響應(yīng)天數(shù)計(jì)為260天,比亞迪e6平均每度電的行駛里程為S1 kwh為4.762 km/(kW·h),以每天行駛里程32 km作為這兩種車的出行距離,以原價(jià)的10%作為電動(dòng)汽車電池的回收價(jià)格,以12年作為平均使用年限,電池更換價(jià)格Bb為78 000元,電動(dòng)汽車使用費(fèi)用由公式(7)～公式(9)計(jì)算得到C2為388 386.4元。本文以寶馬3系作為燃油車數(shù)值摸你的車型,購買寶馬三系的裸車價(jià)格為32.59萬,油價(jià)Wo為6.5元/L,寶馬3系的每百公里油耗為6.2元(L/100 km),同樣以12年作為平均使用年限,燃油車使用費(fèi)用可由公式(5)和公式(6)計(jì)算得到C1為388 390.2元。因此根據(jù)公式(10)可得電動(dòng)汽車充電電價(jià)上限Pcmax為3.8元/(kW·h)。

5.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

以30萬輛電動(dòng)汽車作為假設(shè)模擬數(shù)值,結(jié)果分別如表3、圖3所示。

表3 峰谷電價(jià)下需求響應(yīng)最優(yōu)時(shí)段

圖3 優(yōu)化前后峰谷電價(jià)時(shí)段的負(fù)荷

由表3、圖3可知,電動(dòng)汽車在缺乏引導(dǎo)的無序充放電行為下,系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)了新高峰,相較于原始負(fù)荷,峰谷差率增加4.78%,系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差明顯增加,已經(jīng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了影響,同時(shí)負(fù)荷的變化在連續(xù)時(shí)間段內(nèi)不夠穩(wěn)定,加劇了電網(wǎng)控制的難度。相反,在通過電價(jià)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行引導(dǎo)的有序充放電行為下,電動(dòng)汽車的充電時(shí)間段轉(zhuǎn)移到了電網(wǎng)負(fù)荷的谷時(shí)段,這大大降低了電網(wǎng)峰時(shí)段的負(fù)荷,但電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷又出現(xiàn)了新的高峰,這是由于不合理的設(shè)置了谷時(shí)電價(jià)的時(shí)長,同樣影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這與前文的分析表現(xiàn)出了一致性。而系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差率在采用最優(yōu)的充放電策略后,由41.73%減小到32.28%,一方面避免了電動(dòng)汽車在某一特定時(shí)間段集中充電的現(xiàn)象,另一方面較好的起到了“削峰填谷”作用。

電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差率在最優(yōu)充放電策略下隨電動(dòng)汽車并網(wǎng)數(shù)量的不同的便變化趨勢(shì)如表4、圖4所示。

表4 不同數(shù)量電動(dòng)汽車接入后峰谷差率

圖4 不同數(shù)量電動(dòng)汽車接入后電網(wǎng)負(fù)荷

由圖4和表4可知,系統(tǒng)的峰谷差率隨著電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的數(shù)量增加而逐漸減小,相比于無電動(dòng)汽車接入,系統(tǒng)的峰谷差率在接入電網(wǎng)的電動(dòng)汽車達(dá)到30萬輛時(shí)減小了10.64%。

表5為執(zhí)行最優(yōu)有序充放電策略前后電動(dòng)汽車每天的沖放電時(shí)段與充放電電量。由表5可知,與缺乏引導(dǎo)的無序充電情況相比,最優(yōu)充放電策略每臺(tái)電動(dòng)汽車的充電電量由峰時(shí)段大量轉(zhuǎn)移到了谷時(shí)段,而放電電量則集中到峰時(shí)段,平、谷時(shí)段電動(dòng)汽車不會(huì)進(jìn)行放電行為,電量降至0。

表5 優(yōu)化前后各時(shí)段充放電電量

執(zhí)行最優(yōu)有序充放電策略前后電動(dòng)汽車用戶每天參與需求響應(yīng)的收益情況,如表6所示。

表6 優(yōu)化前后用戶收益情況

由表6可知,在最優(yōu)充放電策略下,用戶平均每天收益增加了5.51元。

6 結(jié) 論

本文分析了電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)并入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的積極影響,同時(shí)闡述了電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)的不同途徑,并認(rèn)為電動(dòng)汽車應(yīng)該以負(fù)荷聚合商的形式參與需求響應(yīng),這樣更利于信息的傳遞以及對(duì)電動(dòng)汽車的有序充放電行為更為有效的控制,同時(shí)解決了電動(dòng)汽車用戶以個(gè)體形式參與需求響應(yīng)的弊端。針對(duì)電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng),本文提出了最優(yōu)充放電策略,構(gòu)建了電動(dòng)汽車以負(fù)荷聚合商形式參與需求響應(yīng)的思路,并且設(shè)計(jì)了交易市場(chǎng)的機(jī)制。為引導(dǎo)電動(dòng)汽車進(jìn)行有序充放電行為,通過規(guī)劃充放電時(shí)段與制定充放電電價(jià),以價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)為引導(dǎo),以“削峰填谷”和電動(dòng)汽車用戶用車費(fèi)用最少為目標(biāo),制定了電動(dòng)汽車充放電電價(jià)。由模擬仿真結(jié)果表明,采用了最優(yōu)有序充放電策略后,電動(dòng)汽車充電充電時(shí)間段轉(zhuǎn)移到了系統(tǒng)負(fù)荷的低谷時(shí)間段,電動(dòng)汽車的放電行為全部集中在了電網(wǎng)系統(tǒng)的高峰時(shí)間段,同時(shí)系統(tǒng)的峰谷差隨著電動(dòng)汽車的接入數(shù)量增多而逐漸減小。在用戶收益方面,用戶平均每天收益由1.44元增長到了6.95元。