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面向清洁能源消纳的电动汽车聚合运营关键技术研究与应用
2021-08-18
在国家电网公司科技项目支持下，华北电力大学、国网电动汽车服务有限公司联合开展了“面向清洁能源消纳的电动汽车聚合运营关键技术研究与应用”项目（项目编号：5418-202018247A-0-0-00），并在华北电网有限公司等单位开展成果应用。课题团队重点研究了清洁能源曲线追踪消纳的规模化电动汽车聚合优化方法、考虑“人-车-桩-网”多维因素的电动汽车聚合运营预测技术、考虑行为约束的电动汽车充电负荷聚合优化技术、电动汽车聚合运营主体贡献度考核及价值传导技术等，提出面向电动汽车参与市场交易的负荷聚合运营关键技术并开展应用。项目研究成果通过专家鉴定，整体达到国际领先水平，应用范围和规模居世界前列，效果良好。
该课题负责人为华北电力大学经济与管理学院教授刘敦楠、国网电动汽车服务有限公司副总经理王文，主要参与人包括彭晓峰、刘明光、加鹤萍、张宝平、王明才、张勇、王峻、秦光宇、许小峰、王凌飞、李培军、薄佳富、宁剑等。项目成果的应用将有力推动能源供给与交换智能化、互动化发展，助力我国能源结构转型。
1 创新点
项目突破了电动汽车聚合运营系列关键技术，在聚合运营预测技术、充电负荷聚合优化技术等方面取得创新。
1.1 考虑“人-车-桩-网”多维因素的电动汽车聚合运营预测技术
提出考虑区域特性的新能源及电动汽车充电负荷预测技术，构建调峰市场出清价格预测模型，建立基于用户响应意愿的电动汽车聚合可调节容量预测模型，实现电动汽车聚合运营关键要素实时精准预测，支撑电动汽车市场交易策略制定与调度优化模型构建。
1.2 考虑行为约束的电动汽车充电负荷聚合优化技术
提出不同类型充放电桩的价格响应函数，构建电动汽车聚合优化成本函数模型，计及用户响应性能约束与系统安全运行约束，提出电动汽车聚合最优交易策略与调控优化模型，实现电动汽车、储能等可调节资源优化配置，提高系统运行可靠性与经济性。
1.3 清洁能源曲线追踪消纳的规模化电动汽车聚合优化方法
提出基于用户充电行为特征的组合错峰聚合优化，构建基于经济激励的电动汽车集群优化多市场交易体系，以电动汽车聚合体为核心构建电动汽车与储能联合调度优化模型，有效降低电动汽车充电行为的随机性风险，提升电动汽车聚合运营的可靠性，实现电动汽车聚合参与市场交易。
1.4 电动汽车聚合运营主体贡献度考核及价值传导技术
提出电动汽车用户价格响应函数表征方法，构建考虑电动汽车用户充电行为要素的贡献度考核方法，考虑差异化需求弹性构建以红利传导效用最大化为目标的用户红利传导技术，实现聚合运营红利有效传导与用户有效激励。
2 成果应用情况
依托项目研究成果，项目组积极推动电动汽车聚合下的市场交易机制建设，已推动华北、上海、浙江、江苏、天津、湖南、京津冀等区域内电动汽车绿电交易、需求响应、调峰辅助服务等交易市场建设。
项目研究成果已在20余家单位成功应用，应用效果良好。其中，2019年11月至2020年4月期间，实现了京津唐电网范围内电动汽车充电行为有序引导，电网调峰能力、新能源消纳空间有效提升，实现了电动汽车用绿电，助力绿色冬奥。
目前，国网电动汽车服务有限公司已建成智慧车联网平台，系统接入用户超200万。依托智慧车联网平台，项目组已在北京、浙江、重庆、山西、山东、湖北、湖南等省市区开展试点，累计实现绿电交易电量5.77亿kW·h。以智慧车联网平台为支撑，开发了负荷聚合运营系统，并与电网调度、交易、营销等系统贯通，实现对多类型、多主体电动汽车充电负荷的智能化引导与聚合。聚合电动汽车、客户侧储能、电采暖等客户侧灵活负荷，正式参与华北调峰市场，功率达到79 MW，累计提供调峰电量3 672 MW·h。2020年面向华东、华中、西南等区域电网和省级电网，加快拓展深度调峰、需求响应等交易品种。2020年，定向消纳清洁电量10亿kW·h，减少标准煤燃烧29万t，减排二氧化碳96万t，促进能源生产消费开放共享和灵活交易。
3 社会经济效益
促进可再生能源消纳比例。项目成果应用协调优化电动汽车为电力系统提供大规模、多类型的灵活性资源，有效实现了电动汽车与电网良性互动，提升了可再生能源消纳比例，体现了可再生能源大规模利用的社会责任。
提高充电服务设施投资回报水平。电动汽车聚合运营关键技术应用提高了企业运营效率，进一步丰富了充电桩运营商业模式，为电动汽车聚合参与市场交易获取收益奠定基础，通过市场化手段提高了充电服务设施投资回报水平。
促进电动汽车产业发展。通过电动汽车聚合运营参与市场交易，进一步降低了电动汽车用能成本，有利于促进交通电气化发展。同时通过市场手段激励电动汽车行业技术创新，促进行业整体向好、快速发展。
项目成果在京津冀、浙江、重庆等地成功应用，应用于电网公司、充电桩运营商、储能运营商、换电站运营商、电采暖运营商等多类型主体，实现了40 044个充电桩的负荷聚合，累计实现绿电交易电量5.77亿kW·h，累计提供调峰电量367.2万kW·h，应用范围和规模居世界前列。经测算，项目成果的应用实现整体经济效益5 825万元。随着电力市场建设逐步推进，更多主体将纳入充电负荷聚合运营体系，创造更大的经济效益。
