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Subjects:
Computer Science, Software Engineering
引导电动汽车协同充电，可以缓解电动汽车充电不协调造成的局部电力系统负荷波动，大大降低电力系统运行成本。这将成为未来能源系统转型的必然发展趋势。
- electric vehicles
- renewable energy utilization
- coordinated charging
1. 简介
电动汽车（EV）的蓬勃发展可以摆脱传统汽油汽车造成的环境破坏和对石油资源的依赖[1]。如果没有基本政策或相关法规的指导来指导电动汽车车主的充电行为，在季节和地理因素的影响下，电动汽车充电所需的时间和空间将不确定[2]。不协调的充电行为会直接影响局部地区电力负荷波动的大小，增加电力系统运行成本[3]，并降低化石燃料的利用率。
风光发电在电力系统供给侧的快速发展已成为全球共同的发展趋势。然而，能源供应方面，无论是风力还是光伏发电技术，都同样会受到季节性和地理因素等的影响。电力供应具有供应不稳定、能量密度低、难以准确预测等固有特征。这些不确定性会给电网的供电侧调度能力带来巨大压力[4，5]。
未来，要想让电力系统平稳运行，实现能源生产方式从传统火力发电向风力、光伏发电的稳步转变，就必须解决上述两种不确定性。一个是用电侧充电时间的不确定性，另一个是受环境因素影响的发电侧发电容量的不确定性。本质上是解决两者供需时间不匹配的问题，可以提高能源利用率，降低电力储运成本[6]。
车联网（V2G）是低碳能源转型的必然趋势，也是解决上述两个问题的关键。目前的研究集中在单向V2G，即协调充电模式。单向调度电动汽车充电消耗多余电量，有助于电网削峰填谷，实现双赢。
需求侧能源管理策略包括定价方法[7]。具体来说，聚合商或电动汽车车主可以根据公用电网设计的公布电价机制转移负荷，然后可以相应地调节总负荷曲线[8，9]。全球应用分时（TOU）充电定价指导电动汽车车主充电行为，大多处于静态TOU价格阶段[8，10]。例如，在中国，目前城市居民用电量大部分是按分段阶梯价收费的。工业部门按季节和固定时间划分价格，将不同季节的不同时段划分为高峰时段、平坦时段和低谷时段。但是，由于可再生能源发电的天气相关影响，它无法快速响应电力系统负载波动的问题。
为了解决上述问题，本研究设计了一种手机移动应用程序。此应用程序旨在通过实时波动的价格变化来指导电动汽车车主的充电行为，从而匹配可再生能源发电系统的波动负荷曲线。这意味着可再生能源发电电力信号被实时转换为价格信号，提供给电动汽车车主，引导他们协助电力系统的降峰和谷值。
该应用程序将数据流的开头连接到发电厂，发电厂根据天气和发电量每两小时输出一次电价。它以最快的速度发布在应用平台上，以实现用户电价的实时呈现。同时，电厂还可以根据未来一周的天气预报情况给出价格预测，让消费者选择未来的充电时间。这种格式满足了电力系统的新充电模式。
2. 电动汽车充电价格机制
通过价格机制协调电动汽车充电时间，从而减轻电力系统负荷的有效性，在大多数基于研究的论文中都取得了共识[11]。然而，关于具体的定价方法存在多种研究理论。
目前主流收费定价的方法包括动态定价和静态TOU定价[12]。动态定价主要通过聚合器收集电动汽车的充电信息和电网的负载功率来构建计算电价的算法模型，还包括车主的充电需求习惯[13，14]。一些常见的算法模型是内点法[15]，粒子群优化（PSO）算法[16，17]和遗传算法。电网通过实时功率变化定价方案[18]间接协调所有电动汽车的充电行为，以最大限度地降低充电成本。此外，需要单向通信网络来确保价格信息可以广播给电动汽车车主[13]。TOU充电模式通过将充电时间从高峰负荷期转移到谷负荷期来减少电动汽车车主的电费[19，20，21]。收费价格仅取决于时间，其范围和相应期限根据消费者行为和通过TOU定价实现的目标预先确定[22]。从电网负荷管理的角度，Ma等[23]构建了优化的费率模型，表明TOU价格在降低成本和拉平电网负荷曲线方面表现出很大的优势。区域TOU价格模型可以有效降低客户的收费成本，缓解峰谷负载差异和网络损耗[24]。
3. V2G的应用
电动汽车的充电需求会增加电网的峰值负荷[25]，其大规模不协调充电将给供电带来巨大压力，从而影响整个电力系统的安全性和稳定性。为了解决这个问题，有必要优化大型电动汽车的充电[26]。从技术角度来看，V2G方案是一条重要的转型路径[27]。在V2G中，来自一组电动汽车的聚合功率可用于通过提供调节服务（稳定电压和频率）或备用服务（以满足需求突然增加或发电机组停运）来支持电网。V2G模式可分为双向V2G和单向V2G。双向V2G意味着，在传统充电桩为汽车供电的同时，电动汽车动力电池也被视为动力系统的分散式储能单元。合理利用电动汽车的电池能量实现反向供电，将缓解电网的负荷冲击。因此，电动汽车不仅是可移动负载，而且是分布式能源。该模式可用于提供电网的频率调节或调峰等服务[12]。但是，由于技术和成本问题，暂时无法大规模推广。
This entry is adapted from the peer-reviewed paper 10.3390/su151410758
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