车网互动技术及其对公用事业配电 的意义

核心要点

• 只有当将电力回馈作为受控运行资源进行建模和测试时，“车辆到电网”（V2G）技术才能产生规划价值。
• 馈线位置、调度时机以及客户的参与程度，对V2G效果的影响将大于电池的额定容量总和。
• 公用事业公司应分配有限的容量配额，直到闭环测试和运行数据证明其性能可靠为止。

只有当公用事业公司将“车辆到电网”（V2G）视为一种具有经过测试的限制条件、通信机制和调度规则的可控电网资源时，它才对公用事业规划具有重要意义。

2023年，美国插电式汽车销量达到 140万辆。这一规模使得双向充电技术被纳入配线网络规划，远早于其在容量规划中得到体现。只有当针对“车辆向电网供电”（V2G）的研究和测试遵循与其他可控分布式资源相同的规范时，您才能从中获得实际价值。若公用事业公司跳过这一规范，就会高估配线网络的收益、低估保护风险，并误判V2G技术实际能带来的效益。

“车网互动”将电动汽车电池与电网服务相连接

车网互动（V2G）技术使已接入充电的电动汽车能够在外部控制下，通过双向充电器向电网输送电力或提供电网支持。公用事业规划人员应将V2G技术视为一种具有明确电能输出规则的运行方案。电能输出时段、远程监测数据以及保护设置共同界定了该资源的特性。若缺少这些要素，电池便只是闲置的储能容量。

校车车库的情况就清楚地说明了这一点。校车在夜间会长时间保持连接，因此电力公司可以安排在午夜过后进行充电，并在傍晚用电高峰期间向电网供电。而住宅车道的情况则大不相同，因为车辆的到达时间、插电时间和出发时间每天都会有所变化。在这种情况下，即使电池容量相同，其为电网提供的服务可靠性也会大大降低。

这一区别至关重要，因为配电 注重可靠的运行响应和经过验证的限制条件。您需要将“车辆到电网”（V2G）建模为一种灵活资源，其中包含电量状态限制、最低备用容量规则以及通信延迟等因素。如果馈线规划假设每辆已接入充电的车辆都能按指令放电，那么该方案在实际现场条件下将无法行得通。良好的规划应从控制权限和运行限制入手。

馈线的影响取决于调度过程中充电器的布置位置

车网互动通过电压升高、热负荷、保护作用范围和相电平衡等方式影响配电 。在变电站附近向电网并网的情况与在馈线端并网的情况表现截然不同。 

“同一兆瓦的电力既可以缓解一个电路的负荷，又可能给另一个电路带来压力。”

在配备单相家用充电器的线路末端社区，当多辆电动汽车同时向电网回馈电力时，当地电压可能会上升。相反，若公交车场紧邻强大的三相主电源，则可在同一小时内降低上游电流。通过调节器和电容器组实现的反向电流流动也会改变设备的负载情况。在断定回馈电力有助于整个电路之前，需要针对具体馈线进行检查。

在保护设计方面，规划工作通常会涉及实际应用。虽然充电器产生的故障电流有限，但反向功率仍可能扰乱继电器的协调动作，或导致方向性元件产生误判。调度时机又增添了另一层复杂性，因为轻载时段产生的电压升高幅度往往大于重载时段。在进行馈线研究时，应将位置与具体时间、季节以及相位连接情况相结合。

托管容量模型需要双向负载曲线

车辆到电网（V2G）的承载能力模型需要包含从充电到向电网输电波动的时间序列曲线。仅凭单一峰值快照将无法反映最重要的约束条件，即时间因素。研究中需要纳入充电器效率、电池储备规则以及出发时间表。双向负荷曲线是开展可靠馈线研究所需的最低输入数据。

通勤接驳车的情况就很好地说明了这一点。车辆通常在到达后才进行充电，但电力公司可能希望在同一晚间时段实现电力外送。如果驾驶员到达时电量较低，接驳车会先承受负荷，随后才进行电力外送，甚至可能根本无法外送。对于停驻时间已知的职场车队，其用电曲线会更加清晰，便于建模。

公用事业公司可以在开展长期研究之前，通过一个简单的检查点表来评估模型质量。每行都将一个规划问题与实际会影响馈线结果的输入参数关联起来。这可以防止团队在构建模型时仅填入电池铭牌数据，却忽略了运行规则。其目的是生成一个可信的调度曲线。

通过预筛选确定V2G试点项目在哪些方面能为规划工作增添价值

馈线筛查应从那些能从较短的输出窗口中获益的运行条件开始。最佳的试点回路应呈现可重复的晚间峰值、密集的充电器集群，以及足以验证实际发生情况的遥测数据。平坦的馈线对规划几乎没有参考价值。数据质量差会导致得出错误的结论。

与将同等数量的车辆分散停放在数百户家庭中的接驳线路相比，将市政车队停放在一个车场的郊区接驳线路更适合作为试点。车场案例能提供更清晰的阶段数据、更少的互联点以及更简单的控制权限。另一个强有力的候选方案是工作园区，在那里，大多数车辆在下午晚些时候仍保持联网状态。每种案例都能让规划者将调度结果与测得的接驳线路响应情况进行对比。

在公用事业公司投入资金进行现场工作之前，首次筛选应确认以下五项内容。

• 晚高峰通常集中在较短的时间段内。
• 车队或站点有可预测的充电时间。
• 遥测数据显示相位、 功率和连接状态。
• 无需进行大规模重建即可审查保护设置。
• 控制协议规定了谁可以发起市场活动终止。

这些滤波器可降低试点项目的噪音。从一个管理规范的试点项目中获得的经验，要比从五个管理松散的试点地点获得的更多。试点数据应能解答与负荷分流、电压响应或承载能力相关的规划问题。如果某个电路无法解答上述任一问题，则应暂缓实施。

功能测试用于验证闭环控制的稳定性

在进行任何现场部署之前，系统测试必须证明馈线模型、充电器控制和调度指令在闭环条件下保持稳定。实验室测试应展示渐变响应、遥测时序以及通信故障情况下的故障安全行为。该测试能揭示电子表格中无法体现的问题。只有在验证了控制稳定性之后，规模才成为关键因素。

一种有效的系统配置是将馈线模型、充电控制器和公用事业调度逻辑相互连接，从而使定时错误能够立即显现。使用 OPAL-RT 进行硬件在环（HIL）工作的团队可以连接这些组件，并在同一环路中观察输出命令如何影响电压、电流以及控制器的响应。在开环回放中能平稳升压的充电器，当馈线电压发生变化时仍可能出现抖动。闭环测试能在试点合同签署前发现这一问题。

通信中断应与成功调度同样受到重视。充电器应切换至安全状态，保持驾驶员备用电源，并在恢复时避免功率突变。反孤岛逻辑也需要进行验证，因为馈线故障可能在几秒内导致控制目标发生冲突。对这些边界情况进行测试的公用事业公司将制定出更完善的并网要求，并避免长时间的试点重置。

并网逆变器的频率响应需要经过实验室验证

当V2G系统需要为脆弱电网或孤岛运行提供支持时，成网型逆变器的频率响应至关重要。充电器的铭牌信息并不能证明其在故障、再同步或运行模式切换过程中能够实现稳定的频率控制。实验室验证是唯一可靠的途径。成网型逆变器的频率响应将决定V2G系统能在哪些场景下发挥电网韧性功能。

一个很好的例子是，风暴过后为校园微电网提供服务的校车车队。在其他电源恢复并网期间，这些校车可能需要短暂维持本地频率。微小的控制误差可能会导致充电设备、储能系统和本地发电设备之间出现振荡。这种现象在简单的功率流分析中是绝不会显现出来的。

应在电网弱电条件下测试下垂设置、电流限制以及模式切换序列。在额定电压下看似稳定的频率支撑功能，在馈线不平衡或故障恢复过程中可能会出现异常。由于许多充电器最初是为跟随电网运行而设计的，认证方面的缺失会增加风险。电力公司应在将任何电网成形主张纳入规划假设之前，要求提供相关证明。

客户参与的不确定性仍是规划中最难把握的因素

客户的参与仍然是规划中最难把握的因素，因为停放的车辆并不总是可以调度的车辆。轻型车辆约有 95%的时间，但规划人员仍需了解哪些车辆已插电、电量充足到可以输出，以及车主是否愿意在特定时段让出电池使用权。可用性首先取决于用户的操作、充电状态以及预留设置。

一家医院的员工车队在纸面上看似可靠，但当员工在轮班交接后提前离开时，仍可能无法满足供电需求。校车车队的情况则相对简单，因为路线时刻表和充电时间窗口都是已知的。家庭充电则增加了更多不确定性，因为用户可能会更改设置，或在电价变动后拔掉插头。这些细节决定了您可以实际计入的供电容量有多少。

合同的重要性不亚于控制软件。电池保修限制、驾驶员备用电偏好以及支付规则都将影响退出率。您应将参与率建模为一个包含低值、预期值和确定值三种情况的区间，而非单一平均值。在公用事业公司收集到足够的运行数据、从而能够信赖车队的响应之前，规划裕度将保持保守。

尖峰负荷机组的替换取决于系统负荷高峰期间机组的可用性

“公用事业公司应将V2G视为一种具有有限容量信用额度的定向灵活性。”

车网互动（V2G）仅能替代峰值调节服务中的一小部分，主要市场活动 车队可用性在合同上得到保障且经过技术验证市场活动 短期市场活动 。它无法应对长时间的热浪，也无法弥补持续数天的能源短缺。公用事业公司应将V2G视为一种针对性灵活性资源，并给予有限的容量信用。这一判断配电 更为契合，远比那些关于取代天然气发电容量的耸人听闻的说法更为合理。

与分散的住宅项目相比，公交车场在缓解当地高峰时段压力方面，能在一到两小时内提供更可靠的保障。住宅车队虽然仍可协助进行频率响应或缓解支线压力，但其总输出量会随天气、通勤模式和乘客选择而波动。正是这种差异，导致“峰值替代”的宣称效果往往比实际表现更为夸张。容量规划需要在系统承受压力的确切时刻获得可靠的负荷卸除能力。

当公用事业公司需要在将相关假设纳入规划模型之前，验证馈线响应、充电器控制以及电网支持功能时，OPAL-RT 便能派上用场。通过仔细测试、基于实际参与情况的案例分析以及针对具体馈线的研究，所获得的容量值将远优于仅依据笼统的电池总容量得出的结果。将 V2G 视为经过工程设计的运营资源的公用事业公司，将做出更明智的投资决策。