1、電動汽車發(fā)展歷程

　　利用電能驅(qū)動的交通工具主要包括有軌電車、電氣化鐵路、電驅(qū)動飛機(jī)、電動汽車等,已有近200年的發(fā)展歷程。在19世紀(jì)上半葉,已有電力驅(qū)動交通工具的實(shí)驗(yàn)及專利問世。不過,由于電池技術(shù)等的限制,這一時期的電動汽車主要采用無法重復(fù)充電的原電池驅(qū)動。到了19世紀(jì)下半葉,可充電的鋰電池技術(shù)使得電能驅(qū)動車輛得到了迅速發(fā)展,并在19世紀(jì)末期實(shí)現(xiàn)了電池驅(qū)動電動汽車的規(guī)?；a(chǎn),進(jìn)入了電氣化交通發(fā)展的一個黃金時期。在20世紀(jì)初期,電池驅(qū)動的汽車約占美國總汽車保有量的三分之一。

　　由于電池技術(shù)的局限,早期電動汽車在續(xù)航里程、行駛速度等方面無法與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車相媲美。從20世紀(jì)20年代開始,電動汽車逐漸被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車所取代,對電動汽車技術(shù)的研究在相當(dāng)長的時期內(nèi)也大多局限于原型車的研制。隨著全球性的化石能源危機(jī)和環(huán)境問題逐步凸顯,電動汽車從20世紀(jì)末期開始重新回到了公眾的視野。在電池技術(shù)、充電技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)等取得明顯發(fā)展的背景下,電動汽車可以有效減少對化石燃料的消耗和對環(huán)境的污染,且有望逐步實(shí)現(xiàn)不遜色于內(nèi)燃機(jī)汽車的行駛特性。近年來,電動汽車開始逐步獲得市場認(rèn)可,且已經(jīng)成為許多國家乘用車電氣化改革的重中之重。

　　現(xiàn)有的電動汽車可以從總體上分為純電動和混合動力兩大類。其中,主流的純電動汽車(BEV)主要采用鋰電池驅(qū)動,而混合動力汽車則可進(jìn)一步細(xì)分為油電混合動力汽車(HEV)和插電式混合動力汽車(PHEV)兩類。常見的電動汽車類型和典型參數(shù)如下表所示。

　　2、電動汽車接入電力系統(tǒng)的相關(guān)研究

　　BEV和PHEV的電池需要接入電力系統(tǒng)進(jìn)行充電。當(dāng)BEV和PHEV的數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時,電動汽車充電行為會顯著增加電力系統(tǒng)尤其是配電系統(tǒng)的負(fù)荷,同時對電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行等方面提出了更高的要求。另一方面,接入電力系統(tǒng)的電動汽車電池可被視為儲能元件,有助于改善電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。近年來,就電動汽車對電力系統(tǒng)影響與其他相關(guān)問題,國內(nèi)外專家學(xué)者做了相當(dāng)多的研究,主要包括以下幾個方面。

　　1)電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測與建模

　　受車主行駛習(xí)慣等難以預(yù)測因素的影響,電動汽車充電負(fù)荷具有充電需求、充電時刻、充電地點(diǎn)等時空不確定性。影響電動汽車充電負(fù)荷的因素包括但不局限于車輛類型和參數(shù)、車主行駛需求和行駛習(xí)慣等。電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測通?；趯v史行駛數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,模擬行駛里程的分布函數(shù),并依此預(yù)測單個/集群電動汽車的充電負(fù)荷需求。在對電動汽車充電負(fù)荷時空分布特性進(jìn)行分析時,則需要在計(jì)及車主行駛習(xí)慣的基礎(chǔ)上,結(jié)合交通網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)等空間信息,對電動汽車的停車位置、停車時長、充電需求等綜合考慮。

　　2)電力網(wǎng)絡(luò)接納電動汽車的能力分析和充/換電設(shè)施的建設(shè)規(guī)劃

　　分析電力網(wǎng)絡(luò)接納電動汽車的能力一般需要考慮配電系統(tǒng)容量、電壓分布、三相不平衡度、負(fù)荷增長情況等。電動汽車充換電設(shè)施主要包括集中式充電站、快速充電站、換電站和離散式的充電樁。現(xiàn)有研究側(cè)重于集中式充換電站的選址定容問題,在考慮充換電站的服務(wù)半徑和地理環(huán)境因素基礎(chǔ)上,對交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、交通流量和充電需求、充換電站的電氣屬性(節(jié)點(diǎn)電價、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度等)、與配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃等諸多因素進(jìn)行了探索。對于離散型充電樁的布局問題,一般根據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)和電動汽車分布情況確定,并適當(dāng)考慮配電系統(tǒng)運(yùn)行約束。

　　3)電動汽車有序充電策略

　　對電動汽車充電進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)有助于維持甚至改善電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。電動汽車車主可以通過優(yōu)化充電策略來降低充電成本,而電動汽車充換電站則可以充分利用電價機(jī)制來提升運(yùn)營效益。制定以降低車主充電成本為目標(biāo)的充電策略需要考慮充電價格機(jī)制對充電成本的影響,例如分時電價、實(shí)時電價、考慮負(fù)荷彈性的電價等,可采用分層、多代理等結(jié)構(gòu)建立車主有序充電的模型。充換電站的運(yùn)營優(yōu)化則以最大化運(yùn)營效益為目標(biāo),以充電價格機(jī)制為基礎(chǔ),適當(dāng)考慮充電站的服務(wù)能力、車主充電需求、換電站的運(yùn)營模式、電池管理模式等因素。

　　4)電動汽車參與電力系統(tǒng)運(yùn)行的互動協(xié)調(diào)策略

　　通過利用電動汽車電池的儲能功能,電動汽車對電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在三個方面:削峰填谷,平滑系統(tǒng)負(fù)荷曲線;改善潮流分布,減少網(wǎng)絡(luò)阻塞、減低網(wǎng)損和系統(tǒng)運(yùn)行成本;與間歇性可再生能源發(fā)電互補(bǔ),增強(qiáng)電力系統(tǒng)消納間歇性可再生能源發(fā)電的能力。通常利用調(diào)度和控制手段,對電動汽車電池充電計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化管理?，F(xiàn)有文獻(xiàn)主要考慮了電動汽車的充電需求和充電功率特性、電力系統(tǒng)運(yùn)行約束、間歇性可再生能源發(fā)電出力的不確定性、不同的充電價格機(jī)制等因素的影響,對平滑負(fù)荷波動、削峰填谷、平抑間歇性可再生能源發(fā)電出力波動、均衡潮流分布、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、降低機(jī)組組合成本、減少碳排放成本等多種目標(biāo)進(jìn)行了較為廣泛的研究。

　　5)電力市場環(huán)境下電動汽車與電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行策略

　　在電力市場環(huán)境下,電動汽車可以參與電力輔助服務(wù)市場,利用電池的儲能特性和快速響應(yīng)能力為系統(tǒng)提供調(diào)頻等輔助服務(wù),獲取一定的收益。為滿足輔助服務(wù)市場的準(zhǔn)入條件,通常由代理商等中間機(jī)構(gòu),將一定數(shù)量的電動汽車進(jìn)行集群。在滿足電動汽車行駛需求的前提下,對電動汽車參與市場的準(zhǔn)入機(jī)制、相關(guān)的市場設(shè)計(jì)、電動汽車在調(diào)頻等輔助服務(wù)市場的經(jīng)濟(jì)效益分析、能量和輔助服務(wù)市場的協(xié)調(diào)互動、電動汽車代理商的競價策略和博弈問題、電動汽車與其他可控負(fù)荷聚類的市場競價策略、電動汽車電池響應(yīng)調(diào)頻信號的調(diào)度控制策略等方面開展了比較廣泛而初步的研究。

　　6)電動汽車與智能交通系統(tǒng)的交互作用

　　作為智能交通系統(tǒng)的組成部分,電動汽車的行駛特性與交通系統(tǒng)相互影響。在考慮電動汽車行駛行為、充電需求以及充換電設(shè)施可用性、交通擁堵情況、交通網(wǎng)絡(luò)約束等因素的基礎(chǔ)上,已有針對電動汽車充換電地點(diǎn)和時間分配、電動汽車充換電路徑導(dǎo)航等方面的研究。利用交通系統(tǒng)信息,可以減少電動汽車充換電的排隊(duì)時間、行駛距離和時間,同時也可以在相當(dāng)程度上減輕交通系統(tǒng)擁堵,提高電動汽車充換電設(shè)施利用率。

　　從時間尺度上,可以將電動汽車相關(guān)研究之間的關(guān)系用下圖表示:

　　電動汽車相關(guān)研究之間的關(guān)系圖