学术︱面向电动汽车路面无线充放电的移动微网

本文转载自： 北极星输配电网讯    来源：高电压技术

      面向电动汽车路面无线充放电的移动微网：方华亮，彭辉，李大虎，孙建波，候慧。

      研究背景

      当前移动负荷的供电需求越来越普遍。我们日常交通中常见的各类电动车辆，城市交通中的无轨电车、电动公交、地铁，铁路交通中的各类高速动车，正在快速发展的 各类电动汽车，及日常生活中使用的手机、便携电脑等各类随身电子设备等。此外一些特殊场合，如户外工程或户外活动的临时用电，大停电时地铁、医院等应急用 电，矿难、火灾等事故用电，地震、雪灾等救灾用电，这些场合对移动供电方式有着紧迫的需求。

      如何满足移动负荷的供电需求，最好是使用移动电 源，类似飞机的空中加油机，使用移动电源、采取移动供电方式、对移动负荷供电，形成移动电网，这是最理想的供电方式。目前对路线固定的地铁、高铁及公交电 车等已有一套供电方式，对电子设备可使用充电宝，对紧急用电可使用移动发电车。个人用电动汽车空间上无固定行驶路线，充电需求也随机性变化，拥挤大城市如 何克服电动汽车的有效充电这一难题？目前都是在城市中建设大量充电站，但现有的充电方式会积压大量车辆，造成交通阻塞，高峰时配网压力大。如果能在行驶过 程中通过路面无线供电，充电时，电网侧通过无线电能传输方式给汽车充电，放电时，汽车通过无线方式给电网侧放电，电网侧与电动汽车之间的源荷关系可根据需 要进行灵活变更。还可接入移动发电车、其他类型移动负荷，及可再生能源等，移动源、荷通过无线方式连接形成无线供电网络，这种网络依托于配网，本文定义为 移动微网。

      重点内容

      移动微网特点及网架

      移动微网的构建和运行需要交通、电网及汽车电池信息等，为典型的信息物理系统。不同于空间地点固定的常规电网，移动微网以实际应用为导向，以电动汽车无线充放电为基础，与交通网络紧密关联，以配电网为依托，信息网为手段，在此基础上以无线电能传输方式进行能源的优化配置。

      移动微网以实际需求为导向，本文主要考虑满足城市交通网中的电动汽车这种典型移动负荷的供电需求。当前城市交通网络主要有两类典型结构，环形、网格形，为交通网络中的电动汽车等移动负荷供电，可构建移动供电网络。在交通网络中某些路段布置无线充电设施，一般可在交叉路口等行驶速度慢位置布置，也可在长距离路面的中间某些位置布置充电电缆，如图1、2所示。一般只需在5%—15%路面内嵌电缆，通过无线传输向电动汽车直接供电。

      移动微网分析控制模型

      移动微网中节点可分为三类，第一类为纯电源点，如太阳能或移动发电车；第二类为与配电网的公共连接点，即电动汽车移动储能单元，可作为电源放电，或作为负荷 充电；第三类为纯负荷节点。移动微网运行时，除保障电动汽车等移动负荷的正常供电外，还需满足配电网的运行要求，及太阳能利用率最大化等要求。

      根据充电节点内可用充电电缆长度及汽车行驶速度，可得到节点内汽车可用充放电时间，进一步可确定汽车的充放电功率。交通情况直接影响汽车的行驶速度，也影响 了汽车的充放电时间和功率。基于交通信息、电网运行状态等，控制各个节点充放电功率大小和移动方向，实现节点中汽车充放电的有序化，实现移动微网的优化运 行。移动微网以配电网为依托，通过对节点功率的控制，可有效配合配电网的正常、紧急及故障运行状态。

正常运行时，有选择性充放电，实现削峰 填谷、潮流均衡，通过移动方式来转移多余太阳能，实现太阳能最大化消纳。车辆按自身的正常导航路径行驶，基本上不改变路径，但用户可根据充放电价格，进行 一定程度上自主选择充电地点。在配电网紧急或故障时，移动微网通过物理移动方式转移电能，对配网中重要节点提供支撑作用。此时可根据需要对汽车进行一定的 补偿来适当调整路径。此外，移动功率不足时，为保障某些重要负荷，或恢复时黑启动电源点，移动微网中还可接入移动发电车。

      结论

      无线电能传输的基础理论成熟，电动汽车路面无线充电的容量、距离及效率等方面已取得了较大的进展。本文基于城市交通网络中电动汽车路面无线充放电这一应用背 景，从电网角度探讨在城市交通网络中配置无线充电带，构建移动微网，提出了移动微网概念。提出了移动微网体系结构，及移动网架构建原则，研究了移动微网分 析模型及相应控制算法。移动微网正常运行时通过汽车移动方式来传输电能，实现节点间功率转移可达20%以上，有效均衡配网中潮流，起到削峰填谷作用，还可 提高20%左右太阳能的消纳能力。在配网紧急或故障时，移动微网通过电动汽车移动储能方式，将电输到配电网中重要负荷点，可最大限度支撑配电网的稳定运行。

      通过电动汽车路面无线充放电，移动微网可实现能源的移动优化配置，对移动负荷进行灵活供电，有效的补充城市配电网的不足。越来越多的分 布式能源及电动汽车通过移动微网接入配网，移动微网将成为三级电网体系的新型终端，作为城市基础设施的重要组成部分，其电源与负荷紧密相关，更灵活的优化 配置各类能源，满足各类移动负荷需求。

      后续研究内容

      将进一步研究电动汽车路面无线充放电网络的分析模型，考虑汽车移动的随机性，结合交通大数据，建立概率分析模型。研究移动微网的运行控制方法，结合无人驾驶汽车发展趋势，探讨车联网下的移动微网优化控制策略。