[论文解读] A Study on V2G impact on the Reliability of Modern Distribution Networks

Stine Fleischer Myhre, Olav Bjarte Fosso+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2023

Electric Vehicles and Infrastructure被引用 5

一句话总结

本文提出了一种针对现代配电网的可靠性评估方法，通过扩展开源工具RELSAD的版本，整合了车网互动（V2G）服务。该方法引入了三个新的电动汽车（EV）专用可靠性指标，以量化V2G对电动汽车的影响。结果表明，V2G在短时停电（最多2小时）期间显著提升了系统可靠性，而对电动汽车的影响极小，原因在于使用频率和持续时间均较低。

ABSTRACT

The increased penetration of electrical vehicles (EVs) in the distribution system creates a power system with many small moving batteries. With better charging technologies and market structures, the opportunity of using EVs for reliability purposes increases. By utilizing EVs for Vehicle-to-Grid (V2G), they can support the distribution network during outages or other issues. In this paper, we aim to investigate the impact V2G has on the reliability of modern distribution networks. We propose three new EV-oriented reliability indices to provide an overview of the impact experienced by the EVs in the system. For the reliability study, we use our developed reliability assessment tool for distribution networks. The tool is an open available software where the example network and datasets are embedded. We have extended this reliability tool to include a method for evaluating and calculating the reliability of distribution networks containing EVs with V2G possibilities. The paper also includes a thorough sensitivity analysis to further investigate the V2G impact of different parameters.

研究动机与目标

• 评估V2G服务对具有短修复时间（最多2小时）的现代辐射状配电网可靠性的影响。
• 开发并实施一种从系统和电动汽车车主双重视角评估电动汽车参与V2G服务的评估方法。
• 引入三个新的面向电动汽车的可靠性指标，以量化电动汽车用于电网支撑的频率和时长。
• 对关键参数（如修复时间、电动汽车充电容量和电动汽车渗透率）进行综合敏感性分析。
• 评估主动配电网中V2G集成的可行性与效益，特别是与其他分布式能源资源结合时的表现。

提出的方法

• 扩展开源RELSAD可靠性评估工具，以建模具备V2G能力的电动汽车，包括双向潮流和电池荷电状态动态特性。
• 采用顺序蒙特卡洛模拟（SMCS）框架，以模拟配电网中元件的随机故障和修复过程。
• 将电动汽车的停放位置和充电容量整合到网络模型中，V2G激活基于系统在停电期间的需求。
• 定义并计算三个新的电动汽车专用可靠性指标：EV_Int（电动汽车被使用的频率）、EV_Dur（使用时长）和EV_Deg（估算的电池退化影响）。
• 对三个关键参数（修复时间分布、电动汽车充电容量和网络中电动汽车占比）进行全因子敏感性分析。
• 采用基于母线ID优先级和电动汽车停车场内随机选择的策略，以模拟真实的V2G调度。

实验结果

研究问题

• RQ1 V2G服务如何影响具有短修复时间（≤2小时）的现代配电网的整体可靠性？
• RQ2 电动汽车参与V2G支撑的频率和时长如何变化？其变化受系统和电动汽车参数的影响如何？
• RQ3 不同系统参数（如修复时间、电动汽车充电容量和电动汽车渗透率）如何相互作用，进而影响可靠性指标？
• RQ4 由于参与V2G服务，电动汽车的电池退化影响如何估算？
• RQ5 与其它分布式能源资源（如电池）相比，V2G在停电期间对系统可靠性的支持作用如何？

主要发现

• V2G支撑在短时停电（最多2小时）期间显著提升了配电网的可靠性，尤其在与其他能源（如电池）结合时效果最为明显。
• 电动汽车用于V2G支撑的总时长极低——每年不足40分钟，表明对电动汽车车主的运行负担极小。
• 由于故障事件发生的概率较低，电动汽车在停电期间很少被使用，每次故障事件中仅有一小部分电动汽车被激活。
• 与电动汽车相关的指标（EV_Int、EV_Dur、EV_Deg）成功捕捉了电动汽车参与的频率和时长，表明对电池退化的影响极低。
• 基于时长的指标（ENS、SAIDI、EV_Dur）对修复时间高度敏感，而基于频率的指标（SAIFI、EV_Int）受修复时间影响较小，但对电动汽车占比更敏感。
• 电动汽车充电容量与电动汽车占比之间的相互作用显著影响系统支撑能力，更高的值可提升V2G的贡献能力。