東南大學電氣工程學院、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院、國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司的研究人員徐青山、吳盛軍、李群、袁曉冬、朱紅，在2016年《電工技術學報》增刊2上撰文，針對可再生能源、電動汽車充電和電網(wǎng)峰谷負荷不協(xié)同問題，研究了直流微電網(wǎng)環(huán)境下光伏、儲能和電動汽車充電的協(xié)同優(yōu)化控制策略。

首先給出了直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)結構及其單元功能模型，建立直流微電網(wǎng)條件下的電動汽車優(yōu)化充電模型，分析比較含多種約束條件的充電經(jīng)濟性。根據(jù)不同場景的功率需求，制定含光伏和電動汽車充電需求預測的微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化控制策略。

最后通過實際直流微電網(wǎng)算例分析，驗證了該優(yōu)化控制策略在直流微電網(wǎng)環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源與電動汽車充電裝置的協(xié)同增效，為解決大規(guī)模電動汽車充電負荷和可再生能源消納問題提供了參考。

發(fā)展可再生能源和電動汽車已成為世界各國保障能源安全和節(jié)能減排的重要途徑。然而光伏和風電等可再生能源具有出力波動性和間歇性特點，使得可再生能源大規(guī)模、高滲透接入電網(wǎng)仍存在技術障礙。另一方面，大規(guī)模電動汽車集中充電和快速充電具有不確定性和大負荷特點，將給電網(wǎng)的安全運行和優(yōu)化調(diào)度帶來困難[1-3]。

還有研究表明以化石能源為主的能源結構，通過電網(wǎng)對電動汽車充電，間接產(chǎn)生的碳排放量不比傳統(tǒng)燃油汽車少[4]。這種情況下要實現(xiàn)真正意義上的低碳環(huán)保和節(jié)能減排目標，一是研究可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術，提高電網(wǎng)對可再生能源的消納能力；二是建立電動汽車充電設施與可再生能源發(fā)電的直接關聯(lián)，通過微電網(wǎng)實現(xiàn)二者的集成利用是最有效的方式之一[5]。

電動汽車與可再生能源在微電網(wǎng)內(nèi)有機集成，對二者的應用存在促進作用，特別是直流微電網(wǎng)環(huán)境下的集成應用，有助于提高整體運行的能源效率、經(jīng)濟性和環(huán)境效益。目前，國內(nèi)外在微電網(wǎng)結合可再生能源與電動汽車方面已取得了一些研究成果。

文獻[6]分析了分布式可再生能源發(fā)電與電動汽車充放電設施在微電網(wǎng)中的集成模式和典型結構，指出在微電網(wǎng)環(huán)境下可以實現(xiàn)二者協(xié)同增效的雙贏目標。文獻[7]針對并網(wǎng)模式下計及電動汽車和光伏-儲能的微電網(wǎng)能量管理問題，提出了兼顧光伏出力、電動汽車充放電功率、電網(wǎng)電價時段劃分及儲能能量狀態(tài)的能量管理策略。

文獻[8]建立了計及電動汽車和可再生能源發(fā)電的電力系統(tǒng)隨機協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型，算例表明優(yōu)化調(diào)度電動汽車可有效平抑可再生能源發(fā)電出力波動，同時降低系統(tǒng)網(wǎng)損。文獻[9]建立了計及電動汽車和可再生能源不確定因素的多目標分布式電源優(yōu)化配置模型，為電動汽車和可再生能源發(fā)電在配電網(wǎng)的定容選址提供了參考。

文獻[10]討論了電動汽車在含光伏發(fā)電居民小區(qū)充電問題，通過幾種不同的充電策略研究電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響，分析結果得出簡單的充電協(xié)調(diào)控制能有效降低充電負荷對電網(wǎng)的影響，并提出了幾種降低充電影響的建議。

文獻[11]研究了微電網(wǎng)環(huán)境下幾種電動汽車充電策略提高光伏自消納率，分別是充電實時控制、V2G和綜合最優(yōu)充電控制策略，結果表明智能充電策略可有效提高光伏消納率，降低高峰負荷。文獻[12]提出了基于虛擬電價理論的電動汽車充放電優(yōu)化調(diào)度模型，實現(xiàn)電動汽車集群負荷的削峰填谷，提高用戶與供電側(cè)的共贏程度。文獻[13]提出了一種基于分層控制的有序充電控制架構,實現(xiàn)配電網(wǎng)范圍內(nèi)電動汽車和分布式可再生電源的協(xié)同有序控制。

上述研究的微電網(wǎng)、可再生能源和電動汽車優(yōu)化調(diào)度、能量管理基本都是交流微電網(wǎng)條件下，交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)在運行控制、能量管理、能效分析和經(jīng)濟性計算方面有所不同。

本文針對直流微電網(wǎng)的電動汽車充電優(yōu)化控制問題進行研究，首先建立含電動汽車、光伏和儲能的直流微電網(wǎng)模型，然后提出光伏自消納率、電動汽車充電對電網(wǎng)影響和經(jīng)濟性三個方面的評價指標，接著建立以充電成本最低為目標的電動汽車優(yōu)化充電模型，然后提出了不同場景下的電動汽車充電的能量優(yōu)化控制策略，最后以江蘇電科院直流微電網(wǎng)為算例，驗證該電動汽車充電優(yōu)化控制策略的可行性和有效性。

圖  直流微電網(wǎng)結構

圖  電動汽車充電優(yōu)化控制策略流程

圖  江蘇電科院直流微網(wǎng)結構圖

結論

針對電動汽車充電增加電網(wǎng)高峰負荷以及可再生能源并網(wǎng)消納問題，本文提出了一種直流微電網(wǎng)結構光儲協(xié)調(diào)的電動汽車充電優(yōu)化控制策略。該策略通過預測光伏發(fā)電和電動汽車充電需求，制定了3種場景下能量優(yōu)化管理流程，借助光伏和儲能協(xié)調(diào)實現(xiàn)了電動汽車充電優(yōu)化控制。

算例分析結果表明所述策略優(yōu)于常規(guī)充電方式，能夠提高光伏發(fā)電的直接利用率，降低電動汽車充電對電網(wǎng)高峰負荷的影響，并減少電動汽車充電費用。在直流微電網(wǎng)環(huán)境該優(yōu)化策略能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源與電動汽車充電協(xié)同增效，對解決大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)消納和電動汽車充電對電網(wǎng)負荷影響問題有一定參考意義。