- 研究背景
可再生能源发展“十四五”规划是能源发展“十四五”规划的重要组成部分，是贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略的重要举措。推动可再生能源持续降低成本、扩大规模、优化布局、提质增效，实现高比例、高质量发展，为推动“十四五”期间可再生能源成为能源消费增量主体，实现2030年非化石能源消费占比20%的战略目标奠定坚实基础。
环境污染、对化石燃料资源的依赖、气候变化以及能源成本的增加都是当今世界面临的挑战，交通系统和发电系统加剧了这些问题，因为它们是化石燃料的主要消费者[1]。电动汽车技术是解决上述挑战的新兴方案。作为内燃机的替代品，在运输和发电系统的主要部分电气化的基础上，电动汽车被认为是一种在经济上有吸引力的方法[2]。
随着电动汽车发展和国家政策的支持下，越来越多的家庭选择了电动汽车，电动汽车的普及进一步加大了电力系统的供电压力。但是，经最新研究V2G发现，电动汽车是一个超级大充电宝，全天大部分时间都以闲置状态停在停车场。因此，将有很大的电力和容量可供使用。在这方面，电力系统运营商和PEV聚合者可以发挥关键作用，以缓解上述挑战和问题，由于他们可以激励PEV司机，通过提供各种激励，让他们管理自己的车辆充电时间，考虑司机的要求期望在出发时有一个理想的充电水平。通过实施该计划，运营商和聚合商可以参与电力市场的不同活动，为自己、电力系统甚至PEV所有者提供利益。在电动汽车停滞状态时接入电网为电网系统供电，在电网系统需求较少的时候，再对PEV充电，实施高价出售低价购电，不仅减少了电网系统在高峰期的供电压力，同时也可以为电动汽车使用者获得部分利润。前提是不影响电动汽车的正常使用。
- 国内外研究现状
目前国内外只有少数机构涉足 V2G 领域。从第 1 电动网统计数据看到，2019 年全球有 50 余项 V2G 试点示范项目，主要集中在美国（18 项）、西欧（25 项）和日本、韩国和中国香港（共 7 项）等地，项目包括技术验证、示范推广、商业化运行等不同类型。其中，充电桩作为电动汽车发展的一个难点，充电站也还在慢慢地普及。就目前而言，带有 V2G 模式的充电站规划还是处在较前期的阶段。当然，也不乏相应的试点电站，但就目前的 V2G 在系统中占比不会太多，它的路才刚刚开始。
从国内相关报道来看，国内 V2G 发展主要分为几个阶段，2020 年之前：开展小批量多批次的 V2G 试验验证，参与互动的电动汽车数量可控制在 10~300 辆，该阶段主要任务是验证多台电动汽车与电网互动技术，实现多辆电动汽车的有序充放电。2020 年~2025 年：主要开展规模化电动汽车（数量一般不少于 500 辆）与电网互动的示范运行。2026 年之后：逐步商业化推广。同时各大汽车企业也在陆续研发 V2G 技术，包括威马、北汽、日产、本田、奥迪、雷诺等车厂，也包括早期不看双向充电的特斯拉也表示会在 Model 3 和 Model Y 中增加双向充电功能[3]。
在我国石油对外依存严重[4]的情况下，保障大量燃油车的能源供给将成为一个巨大的难题，严重威胁到国家的能源安全。由于电动汽车 90%以上的时间处于闲置状态[5]，因此，合理地利用电动汽车的可用时间段，在满足用户需求的前提下调度电动汽车内的剩余能量，能够优化电力系统的运行，提升电动汽车的利用效率，增加系统运行的经济效益。基于利用电动汽车储能容量来调节电网运行的目的，Kempton W. 等人提出了电动汽车入网(Vehicle-to-Grid,V2G)技术的概念[6]。V2G技术是一种通过能量管理系统或电动汽车车队管理单元对入网的电动汽车与电力系统之间的交换功率进行管理与控制，从而实现系统经济调度的技术。然而，电动汽车与分布式可再生能源双侧的复杂特性，则对系统的调度策略提出了较高的要求。
针对V2G 技术在电力系统中的应用，目前已出现大量相关的研究，取得了一定的研究成果。部分文献不考虑电动汽车的双向电能交换，只考虑电动汽车的充电功率控制，对单向V2G技术进行了研究[7-8]。这些研究大多根据系统的负荷情况，对电动汽车的充电时间与充电功率进行管理与控制，从而达到削峰填谷、获取经济利益的目的。例如，文献[9]通过分级博弈的方法，通过调整充电价格吸引电动汽车在负荷低谷时段进行充电，减小了系统的运行成本。而文献[10]则以电动汽车车队作为基本单位，根据电动汽车的充电优先级对电动汽车分类调度，从而提高了系统的运行管理效率。单向 V2G技术具有成本低、控制相对简单、系统改造工作量小的优点，仅仅需要在原有的充电设施中加入相应的充电功率控制单元，但没有充分利用电动汽车的储能特性，没有深入挖掘电动汽车对电网运行的辅助支撑潜力。在单向 V2G 技术的基础上，部分文献深入研究了具有更高效益的双向V2G 技术。双向V2G技术支持电动汽车与电力系统之间的双向能量流动，在为电力系统提供电压支撑、辅助服务、旋转备用、削峰填谷等方面具有重要的实用价值。同时，双向V2G技术以电动汽车的储能电池作为可再生能源发电的储能单元，对可再生能源的高效消纳具有重要意义，且能够大幅降低电动汽车与可再生能源单独接入电网所造成的负面影响。
将电动汽车与微电网相结合，不仅可以充分发挥电动汽车的储能特性，还可以提高微电网内分布式可再生能源的消纳率，提升微电网系统运行的稳定性，减小微电网系统的运行成本，具有极大的经济效益与环境价值。针对含电动汽车接入的小型微电网，文献[11]提出了一种电动汽车运行路线与充放电时间的优化方法，利用电动汽车的适时充放电来减小可再生能源出力与等效负荷的波动性，获得了较好的效果。文献[12-13]则从系统运行成本与可再生能源消纳效率的角度出发，论述了考虑V2G技术的微电网能量管理策略。文献[14]针对含V2G的实际微电网系统进行了研究，讨论了系统的结构与参数设计，并阐述了系统的运行控制策略。在采用适当的能量管理策略的前提下，电动汽车与微电网之间的有机结合能够给系统的运行带来较大的经济与环境效益，推进微电网的普及与发展，为电动汽车的推广奠定基础。
在竞争市场环境下，电动汽车的充放电行为很大程度上受到充放电电价的引导。合理的充放电电价的能够更好地引导电动汽车在适当的时刻进行充放电，从而产生更大的经济效益和更好的系统运行支撑效果。然而，由于国内电力市场长久以来的特殊情况，目前国内普遍实行的电价机制并未充分考虑市场的需求，定价模式较为单一，特别是针对 V2G服务中电动汽车放电电价的定价机制缺乏相应的理论指导[15]。
针对电动汽车充放电定价的现状，有部分文献提出了改进措施，并产生了一些理论研究成果。文献[16-17]从经济学的角度对电动汽车的充放电定价进行了系统性的讨论，构建了电动汽车充放电电价定价的数学模型。文献[18-19]从电动汽车用户的角度研究了电动汽车 V2G定价方法，根据电动汽车内剩余电量、电池折旧成本、电动汽车停留时间和电网电价等因素确定对电动汽车的充放电进行报价。文献[20]则站在电力系统运营商的角度，考虑不同电价对电动汽车用户放电行为的影响，基于模糊贝叶斯学习对充放电报价进行了优化。文献[21]考虑电动汽车的出行习惯，基于电动汽车对峰谷电价响应度构建了以电网负荷峰谷差率最小为目标的电动汽车充放电定价方法。
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