供能

提出了我國現階段電動汽車低滲透率下的供能模式，並以此為依據建立了基於全壽命周期成本（LCC）的供能設施最優規劃模型。將充電模式和換電模式進行有效的結合，對不同類型的車輛採用與其行駛特點相適應的供能方式，由此提出綜合了集中充換電站、配送站和快速充電站的供能設施規劃原則，並引入LCC理論建立相應的最優規劃模型。結合伏羅諾伊圖和仿電磁學演演算法對模型求解。通過算例分析驗證了此方法能得到綜合了經濟性、可靠性和持續性等多目標的最優規劃方案。

電動汽車的能源供給模式需要更多考慮自己特殊的國情，詳細分析了各種充電模式和換電模式的優缺點，但是電動汽車市場的主要參與者卻從自身實際情況出發提出了各自的發展模式。國家電網提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統一配送”的建設運營模式，並投資建設了青島薛家島電動汽車智能充換儲放一體化電站等示範工程；南方電網也建成了一批換電體驗站。但是，汽車企業過去多年卻是按著整車充電模式的思路進行車型研發。國務院頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020 年）》描述了充電設施的發展規劃、關鍵技術研究和商業運營模式，而對電池更換模式只是提出了要探索“電池租賃、充換電服務等商業運營模式”。

市場和政策都處於探索階段，電動汽車低滲透率下的最佳供能模式很難有一個定論。但是，充電模式和換電模式各有優缺點，相對於不同類型的用戶，這些優缺點是可以相互轉化的。對於不同的需求，可以採用不同的模式，取其優點，避其缺點。從運行經驗來看，應該是不同類型的車輛用不同的供能模式。同時，從國外供能設施建設的歷程來看，他們均把各種模式進行了有效的組合。

電動汽車現階段主要應用於定點、定線、定半徑運行的公共服務用車，根據它們對供能模式的不同需求將其分為三類：第Ⅰ類是公交車，第Ⅱ類是環衛、校車、政府公務車輛等，第Ⅲ類是少量示範運營的計程車。對於少量存在的私家車，則將其歸為第Ⅱ類。

Ⅰ類車最好的供能模式應該是電池更換模式，因為它每天行駛的路線固定，總路程長，耗電量大，一天中需要多次補充能量，採用充電模式在現有的技術條件下是不能完全滿足要求的。

Ⅱ類車行駛路程較短，路線相對固定，耗電量不是特別大，可以採取“工作間隙和夜間進行慢充，特殊情況下進行快充”的供能模式。

Ⅲ類車日行駛里程長，行駛路線具有很大的隨機性，耗電量也特別大，現階段不適合大量採用電動技術，只能進行少量的示範運營，而且採用以“換電為主，快速充電為輔”的供能模式。所以現階段需要將充電模式和換電模式進行組合，而充換電設施的規劃就要基於這種組合模式。

首先，在城區邊上的公交站附近建立大型集中充換儲放電站（Center Station，CS），主要為服務區域內運營的電池組充電，為周圍的Ⅰ類車和Ⅲ類車換電，為Ⅱ類車和Ⅲ類車提供快速充電。集中站可以將部分充電負荷轉移到夜間，起到對電網削峰填谷的作用，特別是在電動汽車數量急劇增加后，其充電負荷將給電網帶來不小的壓力，如果不能合理的管理，在極端情況下，可能導致電動汽車和常規負荷的波峰波谷重疊，惡化已有的負荷峰谷差，給電網的安全、經濟運行帶來極大的不利。站址選擇在城區邊上是從電網側考慮，這裡往往有高壓站點和線路能夠滿足集中充電站的負荷需求；選擇靠近公交站是因為其服務的主要對象就是站內公交車。

電動汽車低滲透率下，供能的便捷性、經濟性與電動汽車的保有量是相互促進、相互制衡的關係。研究了電動汽車的供能模式與供能設施規劃的方法，引入LCC理論以達到經濟和社會效益的最大化。可行的供能模式與規劃方法將促進電動汽車的快速發展，同時也反過來對供能提出更高的要求。在下一階段電動汽車高滲透率環境下，研究更為理想的供能模式和建立完整的規劃體系，並同時考慮電動汽車與智能電網的互動以及對電網安全與經濟運行的影響顯得尤為重要。

分散式發電供能技術是符合國家重大需求的重要研究課題。圍繞高滲透率微網的複雜動態行為及安全高效運行這一重大問題，系統提出了分散式發電供能系統研究的4個方面的問題：微網運行特性及高滲透率下與大電網相互作用的機理；含微網新型配電系統的規劃理論與方法；微網及含微網配電系統的保護與控制；分散式發電供能系統綜合模擬與能量優化管理方法。並對各方面問題所涉及的研究方向進行了概括和展望。

分散式發電供能系統是指利用各種可用的分散存在的能源，包括可再生能源(太陽能、生物質能、小型風能、小型水能、波浪能等)和本地可方便獲取的化石類燃料(主要指天然氣)進行發電供能的系統，發電容量通常限定在幾十兆瓦以下。

現有研究和實踐已表明，將分散式發電供能系統以微網的形式接入到大電網併網運行，與大電網互為支撐，是發揮分散式發電供能系統效能的最有效方式。分散式發電供能微網系統，簡稱微網，是指由分散式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置彙集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與大電網併網運行，也可以孤立運行。在微網系統中，用戶所需電能由風力發電系統、光伏發 電系統、燃料電池、冷/熱/電聯供系統和公共電網等提供，在滿足用戶供熱和供冷需求的前提下，最終以電能作為統一的能源形式將各種分散式能源加以融合。公共聯結點(PCC 埠)處的微網模式控制器通過解並列控制，可以實現微網併網運行與孤島自主運行模式的轉換。

鑒於微網系統的複雜性，無論是研究其與大電網相互作用的機理，還是在各種擾動下的複雜動態行為，無論是其保護與控制問題，還是其規劃設計問題，都需要強有力的模擬手段，需要構建兼容微網分析的配電系統模擬實驗平台。研究微網及含微網配電系統的能量優化管理方法，有助於提高系統運行的經濟性，為分散式能源的高效利用創造條件。

在分散式發電供能系統中，既有同步發電機等具有較大時間常數的旋轉設備，也有響應快速的電力電子裝置。在系統發生擾動時，既有以微秒級快速變化的電磁暫態過程，也有以毫秒級變化的機電暫態過程和以秒級變化的慢動態過程。綜合考慮其相互影響，實現動態全過程的數字模擬是一項極具挑戰性的研究課題。而將數字模擬系統與物理模擬模擬平台有機結合，形成數字/模擬混合模擬系統，對於微網運行特性的研究、保護與控制器的設計等將更加具有實際價值。混合模擬技術也是常規電力系統研究的熱點領域，儘管一些模擬思路可供借鑒，但因微網中的物理設備更加多樣化，模型更為複雜，不同設備暫態響應的時間尺度更加分散，必須有針對性地發展相關的混合模擬理論和方法。