• 研究背景

电动汽车作为一种高效、低碳、环保的交通工具，对能源的高效利用具有显著的积极作用。

目前电动汽车对电网负荷影响的研究已相对成熟，相关研究成果一致认为：电动汽车规模化后，无规律的电动汽车接入会给电网带来峰值负荷增加、负荷峰谷差增大、线路负载率增大等影响，并由此引起电压偏差增大、电力设备容量不足等问题，影响电网的安全和经济运行。

汽车平均行驶时间占全生命周期的4-5%，停车时间远远大于行驶时间，在停车时间对电动汽车进行优化和时间选择并不影响出行需求，因此电动汽车具有非常好的参与充电功率灵活调节条件。如果实现智能有序充电，可充分、合理利用配电容量，大大提高充电桩的使用效率，减少充电桩的重复建设。

在市场化交易环节下，通过实时电价准确反映电力供需情况，以此引导车主在确保出行需求以及电网动态约束前提下，主动参与智能充电，实现个体和整体的双赢，既可以降低自己的充电费用，也可以降低电网的供电压力，起到削峰填谷的作用。

通过科学合理的有序充放电控制及需求侧互动，电动汽车将给电网和用户带来更多积极的影响，以最终达到1）提升电网接入充电设施能力；2）减少配电网投资；3）提升充电经济性；4）提升清洁能源消纳能力的目标。

• 研究内容

本研究通过分析目前电动汽车大规模发展状况下，用户充电行为对电网造成的影响，为达到提升电能及充电资源利用率的最终目的，对以下几部分内容展开研究：

• 现状与案例调研

调研并分析国内外电动汽车、充电桩及电力市场互动相关的政策、标准、技术发展及实际案例，并通过目前发展总结电动汽车与电网互动技术发展存在以下主要问题：

• 包含用户、充电运营商及电网在内的参与方动力不足；
• 体系架构与技术导则不明确；
• 充电站功率调节能力有待提高；
• 供电侧与需求侧都应具备短期预测能力；
• 缺乏完整、可靠的信息交互基础；
• 商业模式不明确。

• 电动汽车有序充电体系架构研究

电动汽车有序充电体系整体架构的研究，建立包含云平台、能源路由器、能源控制器在内的有序充电技术实施系统架构，系统采用“线上线下结合（O2O）”的模式，建立“云-管-端”的整体系统架构。能源路由器实现电动汽车、储能、分布式能源、微电网等新型用能设备的即插即用、数据感知、采集和控制；能源控制器作为配变变压器控制范围智能管理单元，实现台区负荷数据收集和台区内用户侧设备的智能控制；云平台负责电网与用户侧需求的平衡，实现全网负荷调度，为用户提供优质服务。

 

图2-1：电动汽车参与需求侧管理调度系统架构

报告中对系统的工作场景及包含能源控制器、能源路由器、智能充电桩、智慧能源控制系统等关键设备做了详细说明。

区域内电动汽车有序充电的分布式控制方法的研究，该部分的研究针对目前电动汽车充电管理方法存在的不足，充分考虑配电网络容量和规模化的电动汽车群充电的电力需求，建立了充电车辆与配电网间的非合作博弈模型，提出一种电动汽车群有序充电的分布式控制方法。利用电动汽车充电灵活可调特性，减少电动汽车群充电对电网的不利影响，并以某局域配电网为例，对充电负荷曲线及用户充电成本进行了分析，结果如下：

图2-2：某局域网常规负荷曲线及无序/有序充电负荷增量对比

由上图对比曲线4与3可知，通过采用本研究中提出的区域内电动汽车有序充电的分布式控制方法，有效降低了由于电动汽车群自由充电造成的电网负荷高峰重叠现象，平滑了负荷曲线。

表2-1：电动汽车群充电成本

	配合用户（有序充电）		不配合用户（无序充电）
充电费用(元/kWh)	0.43		1.36
负荷峰谷差（kW）		498	659

如上表所示，可知通过本研究中提出的分布式控制方法的使用，在减小该局域配电网的负荷峰谷差的同时，有效减少了调控配合用户的充电成本。

含分布式电源的电网侧充电功率分配策略的研究。充电功率的分配策略，本质上是充电功率的最优化问题。由于电网层控制是日前规划，对实时性和计算时间要求较低。本项目以区域电网最小负荷波动、最大新能源利用率和最小发电成本为目标，以各负荷节点电动汽车的总充电功率为决策变量建立多目标优化模型，考虑电网运行约束和充电需求约束，获得含电动汽车的负荷节点最优日前充电功率规划。

通过计算结果得到，对充电功率进行有序控制后，对比即插即充和无电动汽车接入状况下，风电日发电量提高了12.57%。而本项目计算例中基于对充电功率的有序控制，显著了提高风电的利用率，在负荷低谷期可以更充分的利用风力资源，避免弃风、限制风电有功输出的现象，实现新能源与电动汽车、常规负荷的协调利用。

该部分研究内容通过制定电动汽车有序充电与需求侧管理的架构体系，明确了电动汽车有序充电技术实施路线，研究区域内电动汽车有序充电的分布式控制方法，以及含分布式电源的电网侧充电功率分配策略，在解决大规模电动汽车接入电网造成的安全、经济、可靠性方面的问题的同时，提升了新能源的及时消纳。

• 电动汽车参与需求响应效果及验证方法的研究

通过研究电动汽车参与需求响应效果测量与验证方法，了解通过需求响应策略节约电力效果，为需求响应激励机制实施和完善提供依据。本项目成果《电动汽车有序充电及参与需求管理技术导则》中详细介绍了电动汽车参与需求响应效果测量与验证方法的流程、算法、要求与方法：

• 测量与验证流程

根据对参与方、接口及架构的分析，本研究形成相对标准的测量与验证的流程：

 

图2-3需求响应活动效果的测量和验证流程

• 测量与验证算法

需求响应互动效果的计算主要分为两个部分：

• 典型日的确定；
• 基线负荷计算。

对于用电负荷受气候等因素影响较大的商业用户、居民用户等，应对基线负荷进行修正。

• 有序充电监控平台技术及数据通信技术研究

本研究中制定的电动汽车有序充电参与需求侧管理实施技术导则，包含了车-桩-网互动的技术路线、信息交互模型等，为后续组织电动汽车及充电运营商参与需求响应提供可靠支持。相关研究内容包含：

• 研究电动汽车参与需求响应系统接口及相关要求，以便于未来组织运营商统一参与需求响应活动；
• 研究新能源汽车平台、充电桩平台、电网调度中心平台信息交互框架，以满足有序充电活动中实时监控与协同控制的要求。
• 研究新能源汽车及充电桩统计信息交互模型；
• 研究电动汽车需求响应信息交互模型，基于实用性、便捷性、适用性、扩展性的基本原则对需求响应通用信息及电动汽车参与需求响应专用信息进行规范和说明。

• 经济效益分析与商业模式研究

本研究中通过对电动汽车有序充电的经济效益及需求响应互动的商业模式分析，展开对电动汽车参与需求响应价格型负荷响应模型与激励型负荷响应模型的研究，并提出相关建议。通过合理获利，激励包括电动汽车用户、充电运营商以及电网在内的参与方积极参与到电动汽车有序充电及参与需求侧管理的项目中来。

商业模式，结合我国目前电力市场现状，电动汽车用户参与需求侧互动商业模式仍处于市场初级阶段，各主体对参与互动的运行机制还未形成充分认识，政策在整个过程中任发挥主导作用，以电力公司作为实施主体。

激励机制，主要分为激励型管理措施和价格型管理措施。电动汽车有序充电参与电网侧互动激励机制分别针对包含电网公司、负荷集成商和电动汽车用户在内的三个参与方建立具体措施。

经济效益，电动汽车参与需求响应互动经济效益分析同样可以从上述三个参与方的角度进行，结论如下表：

表2-2：电动汽车参与需求侧相应互动从参与方角度经济效益分析

参与方	电动汽车用户	负荷集成商	电网
经济效益分析	由政府相关部门提供的，负荷集成商代发放的，参与响应互动的补贴费用； 节约峰谷电价差； 额外的奖励金额； 设备费用的折让或者减免；	承担项目推广的收益； 政府部门给予需求响应参与方的补贴；	减少扩容成本； 节约配电网建设成本； 提高新能源消纳，增加收益；

• 成果及应用

本研究中提出电动汽车有序充电参与需求侧管理策略，并针对实际技术实施需求，研究了有序充电参与需求侧管理的体系架构和技术细则，形成了相关解决方案，并分析了电动汽有序充电参与需求侧互动的经济效益及商业模式，在一定程度上为该技术实施过程中遇到的部分问题提供了解决方案。

另外，本课题的相关研究成果无论在政府层面和行业层面均产生了一定的影响力： 

• 政府层面

• 上海市发改委关于《上海市鼓励电动汽车充换电设施发展扶持办法》修订建议工作，将提升智能有序充电管理水平，促进充电设施互联互通和信息共享等内容作为建议提交政府主管部门；
• 上海市发改委关于《十四五电力规划》编制建议工作，将“支持需求响应引导电动汽车参与有序充电活动” 作为政策引导建议，提交政府相关部门；
• 上海市科委关于《十四五能源规划》编制建议工作，将“电动汽车有序充电以及多类型能源网络互动” 作为政策引导建议，提交政府相关部门；

• 行业层面

• 中电联牵头编制的团标《电力需求响应信息交换规范》中关于电动汽车部分内容的编写，内容涉及需求响应业务中，电动汽车需求响应信息模型的建模原则、通用包、专用包，适用于电动汽车自动需求响应接口的涉及与开发。

• 用户层面

• 针对用户和充电运营商的相关建议，项目组依托“联联充电”平台通过举办的沙龙、研讨会等活动，进行探讨和科普，同时明确各参与方的职责和可获得经济效益，积极调动各参与方的积极性。

• 相关活动

在本项目研究期间，依托项目研究单位负责运营管理的上海充换电设施公共数据采集与监测市级平台（简称“联联充电”）资源，多次举办内容涉及电动汽车智能、有序充电方面的沙龙活动，活动邀请政府相关代表、电网公司、高校协会、设计院、新能源汽车及充电运营商企业代表、充电桩配套设施提供商等共同交流探讨电动汽车智能、有序充电相关的热点、痛点、难点话题，提出相关切实可行的实施方案。具体举办活动如下：

• 2019年4月19日举办“上海新能源出租车推广与充电桩发展”主题沙龙，活动中邀请行业各专家、领导、企业代表、用户代表等共同讨论上海新能源出租车产业发展、公共区域充电安全、新能源出租车充电体验等相关问题。
• 2019年6月4日举办“用户侧储能经济性与安全性关键问题探讨”主题沙龙，用户侧是储能重要的应用场景，随着电力体制改革的推进，用户侧储能系统在节约电费、降低停电风险、提高电能质量、参与需求侧响应等方面，正发挥着越来越重要的作用。于此同时，其经济性与安全性等问题也北周重视。活动中，多位专家与参会嘉宾一起就我国用户侧储能技术的发展路线、经济性与安全问题进行了交流探讨。
• 2019年6月28日举办“充电站分级布局、大数据支撑、物业保障”主体沙龙，内容主要包含1）物业保障，公共充电桩共享保障措施的探讨；2）充电站点空间布局和时间分布的探讨，考虑包括错峰共享充电等再空间和时间上的合理规划；3）充电站的合理配比，分类和规模的探讨，借助理论模型和大数据分析，从市政规划和商业运作等角度提高充电站利用率。
• 2019年9月6日联联充电与上海电力需求响应中心、上海蔚来汽车有限公司联合举办“电动汽车与电网互动政策机制及商业模式研讨”沙龙，活动聚焦“电动汽车与电网互动”开展了热烈的交流与讨论，提出电动汽车作为智慧能源的一部分将是全社会用能不可或缺的调节手段，应鼓励电动汽车以更加丰富创新的方式参与需求响应及电力市场，推动促进能源互联网以及智慧交通的发展。