摘要：随着越来越多的电动汽车接入电网，电动汽车充电将对输电网和配电网的调度运行产生重大挑战。综述了电动汽车充电负荷建模、影响评估方法、电动汽车参与配电网层面和输电网层面优化调度的研究现状，包括分布式充电方法、电动汽车与微电网的相关研究、电动汽车和风电协同调度研究等。结论表明：若能通过分布式优化调度算法有效地处理电动汽车在电网上充电或放电的问题，就有希望将电动汽车充电带来的挑战转化为机遇，实现电网更理想的削峰填谷和促进电网对风能、太阳能等新能源的消纳。
关键词：电动汽车；充电；输电网；影响
引言
在国家政策推动下，我国电动汽车产业正在蓬勃地发展。根据工业和信息部预计，2030年全国电动汽车充电功率最多将占全国装机容量的25%。电动汽车要从电网上充电，是随机用电的“大用户”，反过来又具备向电网反馈电能的能力，必要时可以作为分布式储能为电网所用。因此，随着越来越多的电动汽车接入电网，将对输电网和配电网的调度运行产生重大影响。电动汽车在输配电网的调度运行中作为一种具有部分可控性的双向能量交互设备，特性复杂，值得深入研究。
1电动汽车充电影响研究
评估电动汽车充电对电网的影响是许多电网公司目前最为关心的问题，也是后续对电动汽车充放电进行优化调度的基础。
1.1充电负荷建模
1.1.1潮流分析模型
在目前绝大多数研究中，对电动汽车充电负荷采用PQ类型负荷进行建模。在对电动汽车负荷建模时考虑了充电接口逆变器的运行特性，建立了更加精细的潮流分析模型。对电压源逆变器型的电动汽车充电接口建立了稳态潮流模型，将逆变器内部等效为一个内电势和漏抗的串联，并基于此提出了基于扩展雅可比矩阵的潮流算法以求解电动汽车入网后的系统潮流方程。计算中将电动汽车充电接口内部的内电势视为PV节点，充电接口的入网点视为PQ节点，通过比较内电势和节点电压修正电动汽车注入配电网的无功功率。和常规采用PQ型负荷建模的研究思路相比，这一种建模思路考虑了充电接口内电势的电压支撑作用，所以在其他条件相同的情况下，由后者所解得的电动汽车所在节点的电压通常更高。
1.1.2不确定性分析模型
和常规负荷相比，电动汽车入网充电和离开电网的时间具有不确定性，每次充电的入网点和用电需求也具有不确定性。因此，在评估电动汽车充电影响时，有必要针对这些不确定因素进行建模，以提高评估结果的准确性和全面性。充电不确定性的建模方法主要有排队论建模和统计学建模两大类。
1.2小结
由于目前尚无电动汽车大规模应用的实例，现有研究基本上都是通过分析普通汽车的交通规律反推出电动汽车未来可能的充电负荷特性，再进行影响评估。鉴于此，本文认为在未来可从两方面进行突破：一方面是根据电动汽车的发展，调研实际中的电动汽车行为规律，得到更为真实的充电负荷模型；另一方面则是不仅要考虑充电对配电网的影响，还要研究它对输配电网全局系统的影响，从而获得更为准确的结果。
2电动汽车在配电网中的优化调度研究
在进行充电评估研究的同时，有研究者开始考虑如何优化电动汽车的充电甚至放电功率，以减弱其不利影响，增加电网运行效益。相关研究可以分为三个层面：市场层面，如何引导电动汽车的充电行为；策略层面，如何应对电动汽车入网充电的不确定性；算法层面，如何求解大规模电动汽车的优化充电问题。
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2.1充电行为的市场引导
在配电市场尚未发展成熟的状况下，基于智能交通系统中的导航功能对电动汽车充电行为进行引导。和传统智能导航不同，研究者提出在导航中加入电网运行安全约束，并将之与交通网络约束(拥堵状况等)一同换算为某种和车主利益相关的指标(如充电等待时间等)来引导汽车充电行为。如果配电市场逐渐普及，那么可以通过(节点)电价引导电动汽车充电行为，使其不仅满足车主自身需要，同时也对电网有利。这方面的研究可以分为两个阶段：在早期研究中，电动汽车单纯作为市场价格的接受者；在最近的研究中逐渐开始考虑电动汽车充电行为对电价的影响。
2.2滚动充电优化策略
如前所述，电动汽车入网和离网时间、地点、充电需求等因素均具有不确定性。在日前调度中，常需要采用随机优化等方法考虑这些不确定因素的影响。但是，对于已经入网的电动汽车，其入网时间、地点、充电需求通常也容易由电网获知，在满足驾驶的能量需求的前提下，电动汽车具有了相对良好的可控性。根据这一特点，可以采用滚动优化的方式调度管理电动汽车的实时充电功率。该类方法的总体思路为：在每个时刻获取入网电动汽车的最新状态并进行前瞻式优化，将下一时刻充电优化结果下发给每辆入网汽车。可见，这一策略将电动汽车入网不确定性降到了最小，应用起来也相对简单容易，因而在近年来得到了研究者的关注。
2.3分布式充电优化算法
分布式充电优化方法可以分为两大类：一类是博弈论的方法，在这一类方法中，将各辆参与优化的电动汽车看作单独的博弈者，通过设计合适的激励价格，使各个博弈者的充电策略达到纳什均衡；另一类是基于数学规划中的分布式算法，将原先的集中充电优化问题通过数学变换分解为若干个可分布式并行求解的单车充电优化子问题。总体而言，分布式的电动汽车单向充电优化问题目前已经得到了较好的解决，但是对电动汽车双向充放电优化问题，由于模型中存在非凸的互补约束，现有基于凸优化理论的分布式算法的收敛性和最优性受到挑战，需要进行深入研究。
3电动汽车参与输电网的优化调度研究
电动汽车大规模接入电网不仅对配电网造成影响，同时也对输电网造成影响。如果电动汽车充放电行为得到有效调控，那么它们可作为一种负荷响应形式与发输电侧的风电等新能源协调互动，增加电网运行效益。鉴于此，有不少研究者从输电网的角度研究了电动汽车和以风电为代表的新能源进行协调调度的问题。
4结语
通过综述现有研究可知：在大规模电动汽车入网充电对电网的影响方面，这种影响对输电网和配电网的运行都是很大的。为了深入研究这些影响，本文认为可从两方面进行突破：一方面是调研实际中的电动汽车行为规律，得到更为真实的充电负荷模型；另一方面是不仅要考虑充电对配电网的影响，还要研究充电对输配电网全局系统的影响，从而获得更为准确的结果。在电动汽车入网充电的优化调度方面，分布式的电动汽车单向充电优化问题目前已经得到了较好的解决，但是对电动汽车双向充放电优化问题，由于模型中存在非凸的互补约束，现有基于凸优化理论的分布式算法的收敛性和最优性受到挑战，需要进一步研究分布式双向充放电算法；需要结合配电市场特点设计有效的电动汽车充电引导方案；需要进一步挖掘电动汽车及汽车集群参与电力系统调度的潜力，将电动汽车入网充电挑战转化为电网在新形势下的机遇，更好地实现电网削峰填谷效果和促进发输电侧新能源的消纳。此外，未来大规模电动汽车以集群形式参与输电网的调度运行已经展现出良好的前景。
参考文献
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论文作者:谢文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/17
标签：电动汽车论文; 电网论文; 输电网论文; 分布式论文; 负荷论文; 建模论文; 不确定性论文; 《电力设备》2018年第16期论文;