我国电动汽车充放电策略优化及协同机制研究

Abstract: In order to realize the function of emissions reduction of electric vehicle, the orderly charging/dischanging is nessessary.So three constrains must be considered in designing the charging/discharging strategies: resource comprehensive utilization, stability of the power grid, and the synergy mechanism of heterogeneous stakeholders. Considering the behavioral characteristics under multi-user, we firstly intend to analyze the factors influencing the charging load as well as the environmental benefits of electric vehicles under different scales from the power-generating side and the traffic side. In addition,under the multiuser-multimode,we will construct orderly charging strategies,in which both renewable energy consumption and reliable operation of the grid are considered. Secondly, under the electric vehicle discharge operating mode of User-V2G Agent-Grid-Generator, a hierarchical optimization model and a complementary solution model will be built to explore the orderly discharging strategies, which satisfy the demand equipped with specific parameters of time and space. Based on analyzing the responding mechanism of stakeholders, we will optimize the whole price chain to develop a reasonable and practicable time-sharing charging/discharging price mechanism and cost-sharing mechanism. Finally, a synergy mechanism is constructed to coordinate the stakeholders including generators, gird companies, infrastructure operators, electric vehicle users, and governments, which is crucial to promote sustainable development of China's electric vehicles.

有序充放电是实现电动汽车节能减排的基础，为此充放电必须考虑到多种资源综合利用、电网稳定运行、异质行为主体的协同。本课题首先考虑多用户的行为特征倾向，分析影响电动汽车充电负荷的影响因素，从发电端、交通端分析不同规模下电动汽车的环境效益。同时在"多用户-多模式"背景下，获得兼顾可再生能源消纳及电网可靠运行的双重电动汽车有序充电平衡策略。其次，在"用户-V2G代理商-电网-发电商"的电动汽车放电运营模式下，构建分层优化模型及互补求解模型，挖掘满足"时空量"需求的有序放电策略。再次，系统梳理不同利益群体的响应机理，对整个价格链条进行系统地集成优化，形成合理可行的分时充放电电价机制及成本分摊机制。最后，构建发电商、电网公司、基础设施运营商、电动汽车用户和政府五方利益的协同机制，实现电动汽车利益主体链的有序高效运行，促进我国电动汽车的持续有序发展。

电动汽车规模发展能有效缓解能源紧缺及环境污染问题，而有序的充放电行为是实现电动汽车节能减排的前提。本课题的主要研究内容可以总结为四个方面：.（1）电动汽车用户充电行为规律及其对电网的影响.通过高斯混合分布拟合、贝叶斯信息准则和蒙特卡洛方法校验，获得了电动车充电一般规律模型。在此基础上确定充电负荷需求，构建综合效益分析模型。采用多个地区的基础数据进行测算，结果表明，实际充电负荷会给电网运行增加压力，但相较于燃油车，其节能减排效益显著。.（2）电动汽车有序充放电优化研究.在直充模式下，考虑多个利益方视角，分别构建充电优化模型。结果表明，相较于实际充电负荷，三种优化充电策略均使发电计划增加了清洁能源发电量，降低了火电发电量，提高了单位火电煤耗效率及单位系统发电煤耗效率。在换电模式下，构建电网端效益分析模型验证了有序换电模式可提高电网运行效益。结果表明有序换电模式、电动出租车保有量及换电站充放电行为将共同影响发电端节能减排效益。.（3）换电模式运营经济性分析及有序充放电研究.首先基于需求端，从运营商视角构建投资成本分析模型，从用户视角构建充电费用分析模型，分别获得运营商开展换电服务的边际收益条件及用户接受换电服务的边际成本条件。其次，结合电动汽车充换电站的运营特点，构建充换电站运营模型。结果表明可以通过合理调度充电机和电池实现充换电站盈利的最大化。.（4）电动汽车充换电定价模型及政策研究.基于系统动力学理论，分别构建了公共充电站实时充电定价模型、私人充电桩充电定价模型和换电站实时换电定价模型。分别研究了不同模式下的定价策略及政策建议。.（5）异质主体利益链协同机制研究.利益链实现内在协调是电动汽车有序充放电的机制保障。直充模式下，基于序贯博弈理念，构建各参与方利益优化模型，通过电价联动实现利益链协调，并求解出协调时的相应电价值。换电模式下，构建电网与运营商之间的契约机制，通过设定多个充放电价及换电峰谷服务价探寻使利益链得到协调的平衡点。.研究成果对于制定电动汽车充放电电价政策、异质利益主体协同机制以及促进电动汽车持续稳定发展提供决策支持。