李博雄，黄绍平，武文斌

（湖南工程学院 电气与信息工程学院，湘潭 411104）

0 序言

随着电动汽车（EV）的迅速发展，V2G（vehicle-to-grid，汽车入网）越来越受到关注.在V2G架构下，电动汽车同时具备源、荷二重属性，以其“双向输能”的特性同时惠及电网侧与用户侧，实现平抑电网负荷、提升可再生能源消纳、改善用户经济效益、减少网损等优点［1］.在微网中实现V2G是国内外V2G工程应用的重要方向［2］，它将电动汽车的动力电池集成到微网中，实现统一调度和集中管理，为微网内的分布电源提供支持，并为相关负载供电.近年来，国内研究人员对V2G策略进行了一些研究［3-6］.

为了掌握电动汽车动力电池的源-荷运行特性，本文在MATLAB/Simulink平台搭建了一个由风、光、柴分布式电源、V2G电动汽车和常规负荷组成的独立微电网仿真模型，然后对这一微电网在一天24 h（8.64×104 s）内的运行情况进行仿真分析.

1 系统组成

系统结构如图1所示.微电网交流母线额定工作电压为25 kV，所有电源和负荷都经过变压器接在25 kV交流母线上.电源和负荷情况如下：

图1 风－光－柴电动汽车独立微电网模型图

（1）柴油发电机.柴油发电机作为微电网的基础电源，额定功率为15 MW，额定电压为25 kV，通过三相变压器接入微电网中.

（2）风力发电系统.是一个给定了24 h风速变化曲线的风力发电系统，风电场额定输出功率为4.5 MW，风机额定电压为575 V，通过25 kV/575 V变压器接入微电网25 kV交流母线.

（3）光伏发电系统.它是一个给定了日照情况的太阳能光伏发电系统，其峰值功率为8 MWp.

（4）电动汽车.微电网有100个电动汽车充电桩，每台电动汽车动力电池功率为40 kW.动力电池既是负荷，也作为电源向微电网提供电能.

（5）常规负荷.常规负荷包括功率因数（PF）为0.9的10 MW住宅负荷和0.16 MW异步电动机（ASM）负荷.

2 仿真分析

2.1 电动汽车V2G行为设置

电动汽车动力电池具有源-荷双重特性，V2G有两种功能：1）控制与其相连的动力电池充电；2）控制与其相连的动力电池放电，参与独立微电网功率调节，平衡独立微电网功率，并充分利用光伏发电和风力发电.

电动汽车参与V2G运行可划分为以下5种不同的行为：

行为1：人们上班时可能会给自己的车充电.

行为2：人们上班时可能会给自己的车充电，但开的时间更长.

行为3：人们上班时不可能给自己的车充电.

行为4：待在家里的人.

行为5：上夜班的人.

在本例仿真中，100辆电动汽车参与V2G运行，设定行为1的汽车35辆，行为2的汽车25辆，行为3的汽车10辆，行为4的汽车数量20辆，行为5的汽车10辆.

2.2 仿真结果与分析

以下对风-光-柴电动汽车独立微电网24小时（8.64×104s）运行情况进行仿真.

2.2.1 分布式电源发电情况

（1）柴油发电机

柴油发电机在一天（24 h，8.64×104s）的发电情况如图2所示.

图2 柴油发电机发电情况仿真波形图

由图2可知，柴油发电机作为独立微电网的基础电源，它根据负荷和其他分布式电源发电情况，起到独立微电网有功功率和无功功率平衡的支撑作用，由它调节整个微电网的频率和电压.

（2）风力发电系统

风力发电系统在一天（24 h，8.64×104s）的发电情况如图3所示.

图3 风力发电系统发电情况仿真波形图

由图3可以看出，风力发电机输出电压保持恒定，这也说明在整个运行过程中，微电网无功功率保持平衡.风力发电系统输出电流和有功功率依风电场风速变化而产生较大波动.风力发电系统输出的无功功率为0，系统电压依靠柴油发电机输出无功功率来支撑.

（3）光伏发电（PV）系统

光伏发电系统在一天（24 h，8.64×104s）的发电情况如图4所示.太阳被遮挡的时间（5×60 s）内输出设置为0.7 p.u.，正常照射时间输出将保持为1.0 p.u..

图4 光伏发电系统发电情况仿真波形图

由图4可知，光伏的输出电压稳定，太阳强度服从正态分布，中午达到最高强度.PV输出的电流和有功功率随光照情况亦呈正态分布，在4×104s后出现了短暂的遮阳现象，PV的输出电流和有功功率也发生短暂变化.

2.2.2 V2G运行情况

V2G运行情况可用电动汽车动力电池充放电情况与荷电状态（SOC）来表示.

（1）电动汽车动力电池放电情况

电动汽车动力电池作为电源，在一天（24 h，8.64×104 s）的放电情况如图5所示.

图5 电动汽车动力电池放电情况

由图5可知，在电动汽车放电的情况下，电压稳定在500 V，电流由于受到太阳光照强度的影响出现短暂波动.电动汽车放电对电网有一定的影响但比较微弱，电压和电流都在很小的范围内波动.

（2）电动汽车动力电池充电情况

电动汽车动力电池作为负荷，在一天（24 h，8.64×104 s）的充电情况如图6所示.

图6 电动汽车动力电池充电情况

由图6可知，电动汽车充电对电网有一定的影响但比较微弱，电压和电流在很小的范围内出现波动.

（3）电动汽车动力电池荷电状态（SOC）

不同行为的电动汽车有不同的充放电行为和不同的荷电状态（SOC）.5种不同行为的电动汽车，其电力电池在一天（24 h，8.64×104s）的SOC如图7所示.

图7 电动汽车动力电池SOC

由图7可以看出行为1～5个的电动汽车的充放电行为时间点，中午和晚上充放电行为比较频繁.

3 结论

在MATLAB/Simulink平台上搭建风-光-柴电动汽车独立微电网的仿真模型，对其在1昼夜的运行情况进行仿真分析，仿真结果表明，通过合理配置分布式电源容量；有效利用电动汽车动力电池的电源特性，让其参与微电网功率平衡；合理调度和优化微电网的运行策略，能保证独立微电网可靠和优质地运行，既能为电动汽车和常规负荷提供高质量的电能，又能充分利用光伏、风电可再生能源.