跟着石油资源的干涸以及可再生能源技能的迅猛展开，展开新能源轿车，特别是纯电动轿车现已是大势所趋[1-2]。作为未来电网中比重巨大的负荷，一同又兼具大规划能量存储才干的电动轿车动力电池，在完结智能电网的进程中，必定要扮演一个无足轻重的人物[3-5]。
电动轿车及其动力电池关于智能电网扮演着2种不同的人物，电动轿车的动力服务作为一项巨大的负荷，将或许占有整个电网负荷的极大比重，其运转关于电网安全会发生严重影响;而另一方面，电动轿车的动力电池作为一种储能设备，其能量存储的总量关于电网来说又是一种确保和优化电网运转的活跃资源[6]。因而，怎么让电动轿车及其动力电池在这2 种人物之间平稳自在的转化，成为智能电网与电动轿车相结合的关键问题之一。详细体现为怎样合理安排电动轿车这种负荷以及怎样优化动力电池这种储能设备的运转。当电动轿车作为负荷时，能够经过技能手法和经济手法合理安排充电时刻，完结有序充电办理，到达移峰填谷的效果，进步体系运转功率，削减对电网安全的影响;当动力电池作为储能设备时，能够将其作为体系的备用容量，或许峰荷时向电网供给电量，优化电网运转，进步体系的安全牢靠性。在这种布景下，V2G(vehicle to grid)的概念应运而生。望文生义，V2G 是指与电网相衔接的电动轿车(Vehicle)作为一种散布式负荷和电源，能够向电网(Grid)开释存储在其动力电池内的电能，然后为优化电网运转和安全供给活跃支持[7]。在这一概念的驱动下，学术界进行了许多以V2G 为根底，对运转办法、充放电技能以及与可再生能源发电相结合完结有序充电办理等问题进行了深化的研讨[7-13]。
可是，从V2G 命名本身着重车辆(Vehicle)来看，就能够发现在传统思想中，一向将车辆与电池作为一个全体来看待，将充放电的主体一向默认为车辆。在这种思想办法下，人们将一些电动轿车本身的特色也默许成了动力电池的特色。电动轿车分归于千百万不同的用户，其具有显着的移动、涣散以及相应的与电网衔接的时刻和地址的不确定性。因为电动轿车的产权分归于不同用户，电动轿车接入电网及其充放电的操作权限也相应的归归于不同用户，构成了散布式决议方案的局势。一同，车辆作为人们日常日子的东西，其衔接入电网的方位必定广泛散布于配电网，而其作为散布式电源向电网运送电能必定构成配电网潮流的杂乱改变，为配电网的运转带来许多不确定的冲击和影响。将这些车辆的特色同等当作电池的特色，构成了V2G 施行中面对的一系列困难和妨碍，许多研讨一向连续这种思想办法，企图从这些捆绑中寻觅打破。
实际上，假如斗胆的打破原有的思想办法，在电动轿车与动力电池之间进行解耦，就会发现那些关于电动轿车的许多捆绑关于动力电池其实并不存在。在脱节这些捆绑之后，经过树立大型会集储能充电站，能够完结动力电池直接向电网运送电能。因而，在V2G 的根底上，能够扩展出一种新的概念，将其命名为B2G(Battery to Grid)。B2G 提醒了电动轿车动力电池与电网交互的实质，而去除了车辆特色的捆绑，脱节V2G 概念的局限性。实际上，V2G是B2G 的一种特例或许存在办法，V2G 的实质依然是电池与电网的能量交互，仅仅因为V2G 特别的存在办法构成了许多的捆绑和问题。作为对V2G 的扩展和晋级，除了V2G 之外，B2G 也能够包含会集充电的动力电池与电网的能量交互。
本文将会集充电的动力电池与电网的能量交互作为B2G 的要点进行论说，无特别说明时，文中所述B2G 均指这种运转办法。本文以V2G 为根底论说其发生和特色，论说完结该B2G 在商业办法上、运转办理上、技能条件上面对的应战和或许的处理途径。并以B2G 为根底，展望在此根底上智能电网未来或许的展开愿景。
1 电动轿车与动力电池的解耦
电动轿车与动力电池的解耦首要体现在3 个方面：财物联系解耦、时刻解耦和地址解耦。经过财物联系解耦，首要处理关于动力电池充放电的决议方案权问题，而经过电动轿车的动力服务与电池充放电在时刻和地址上的解耦，处理电动轿车本身移动、涣散的特色与电池充放电进程准确方案与操控之间的对立。
1)财物联系解耦。与燃油轿车类似，用户在购买轿车时，并不乐意为了确保能够取得固定数量的燃油供给而额定付出一笔确保费用，因而关于电动轿车来说，让用户为确保取得电能供给而独自为电池付费并不彻底合理[14]。此外，电池的一切权也直接决议了关于电池的充放电操作的决议方案权，财物联系的解耦是其他解耦和技能道路的条件，只要专业的充换电运营公司把握了电池的一切权，才干更好地防止轿车用户的志愿对电池运用的束缚和束缚，一同大大下降决议方案的杂乱程度和主体数量。
2)电动轿车动力服务与电池充放电操作的地址解耦。因为动力电池的充电时刻过长而无法满意人们方便的动力服务的需求，电池替换办法彻底打破了电动轿车与电池一体化的思路，使电动轿车的动力服务与动力电池的充放电操作能够彻底在不同的地址进行。因为分归于不同的一切者以及不确定的运用办法，电动轿车接入配电网的地址也一同具有涣散和不确定的特色。而经过换电办法完结地址解耦，使得动力电池的充放电有或许脱节对配电网的依托和冲击，防止涣散和随机而选用会集的办法，以防止许多不确定性要素的影响。
3)电动轿车动力服务与电池充放电操作的时刻解耦。电动轿车整车充电办法下，动力电池衔接入电网充放电的时刻与电动轿车运转行进的时刻难免会构成对立，而电网因为本身运转安全和本钱效益的考虑，对动力电池充放电的时刻又具有特别的要求。因而在V2G 中，许多技能和办法都是针对这种对立来寻求2 者在时刻上的平衡，但这种平衡毕竟是在束缚下的有极限的平衡。因而，换电办法将电动轿车动力服务与电池充放电操作进行了时刻解耦，关于电网而言，处理了其运用动力电池优化运转和安全的最大妨碍。
图1 中，将财物联系、时刻以及地址3 种特色用三维空间的办法来表明电动轿车与动力电池的解耦联系。在整车充电的办法中，电动轿车与动力电池的这3 种特色根本相同，而解耦之后2 者能够彻底具有不同的空间特色。
由以上剖析能够看到，从V2G 到B2G 的展开，对应了从整车充电到替换电池办法的改变，人们逐渐地意识到电动轿车与动力电池的财物联系并非先天的不行分割，而动力服务与电池的充放电操作的时刻和地址也并非必定共同。而V2G 在财物联系、时刻和地址大将电动轿车与动力电池死板看待为一体，也因而构成了其实践中所要面对的许多困难。例如，因为财物联系的束缚，V2G 要面对决议方案变量和决议方案主体数量维数爆破的困扰，关于用户参加和资源核算以及操控的情绪不确定性的影响;因为地址的束缚，各充放电地址广泛涣散在配电网，且因为接入地址的随机性，构成了对配电网谐波和潮流等不确定性的冲击和影响;因为时刻的束缚，电网关于电池充放电时刻的要求因为用户行进需求和志愿的束缚变得难以完结和平衡，且为完结这种交流和平衡，其所耗费的资源和本钱也会十分巨大。可是，经过3 种联系的解耦，在B2G 的办法下，这些问题就会方便的处理。
2 完结B2G 的根本要素
2.1 商业办法完结B2G的3 种根本解耦都与电动轿车动力服务的商业办法休戚相关。为完结财物联系的解耦，动力电池不再作为轿车用户的私有财产，而仅仅是供给动力服务的东西，则必须由一个具有满意规划和实力的运营实体来承当购买和保护许多动力电池的本钱。此外，因为电动轿车需求一个逐渐展开和遍及的进程，而动力服务的根底设备建造，包含动力电池的收购和供给，要适度超前于电动轿车的遍及和运用，因而本钱的收回和经济效益的闪现需求一个绵长的进程。所以树立这样一个运营实体需求由具有强壮经济实力而一同又背负巨大社会责任的企业实体来承当。
此外，为了完结有序会集充放电，电网调度需求具有直接调度电池会集充放电的才干，而电池的财物联系与其决议方案权严密相关，只要在电网公司具有对电池财物管辖权的状况下(无论是直接的或是直接的)，才有或许使电网具有全面调度电池充放电，并将其作为优化智能电网运转资源的完好权限。因而，由电网公司来安排担任专业电动轿车运营服务公司的组成，并将其作为本身事务的连续，才干彻底发挥B2G 技能的效果。
进一步的，电动轿车的动力服务与动力电池的充放电操作在地址和时刻上的解耦，实际上意味着整个运营服务体系的网络化结构，整个服务网络的各个节点依据全体系网络化服务需求别离承当不同的功用，而电池作为体系共有资源在整个网络中活动和分配。网络化的充换电服务体系在国外现已展开了实践和运用[14]，打破点对点的服务办法，运用网络化的衔接和协调才干，运用网络的内部分工和全体结合，打破各站单一独立服务办法下现有电池技能对动力服务才干的约束。而在此根底上展开B2G 技能，也能够处理充换电网络与电网之间在资源运用上的抵触。经过引进物联网技能树立彻底掩盖电动轿车、动力电池以及充换电设备网络的完好信息网络，将电动轿车充换电服务与智能电网运转完美的结合起来。图2 是一种3 层物联网架构，由车联网、电池物联网以及充换电设备网络构成，而充换电设备网络从广义上讲也是智能电网的一部分。各层网络的实体之间经过运转服务进行动态相关，例如电动轿车与电池之间在发生动力服务时发生动态相关，当电池被替换后这种相关完毕;电池与充换电设备在充换电运转时发生动态相关，当充放电完毕后这种相关完毕。
2.2 大型会集储能充电站的关键技能
1)选址。大型会集储能充电站能够依据其功用定位和详细条件进行选址。一般可凭借于35.kV以上的变电站进行建造，能够处理场所和容量的束缚。假如希望与可再生能源发电合作运转，例如风电，也可在条件答应时挑选与风电场一同合理规划布局，使该电站一同担负充电以及经过储能改进风电场并网运转的两层功用，然后完结优化装备资源。
2)大功率充放电设备。与一般的归纳性换电站不同，大型会集储能充电站的充放电规划和容量都要愈加巨大，这就需求研制和建造大功率的充放电设备和网络。此外，与V2G 向配电网放电不同，大型会集储能充电站依托于高压变电站，其放电地址或许坐落高压输电网络。因而，与V2G 以每一台电动轿车为根本操控单元不同，B2G 的放电根本操控单位或许需求具有相当大的容量和规划才干够完结并网发电，这也需求会集充电站在建造和办理办法上与其相习惯。
3)谐波办理。谐波是电动轿车充放电的固有产品，也引起了学术界的广泛重视和研讨。可是，在会集充电站，谐波的规划和起伏或许要远远超出在配电网进行的整车充放电。可是，一同这也为谐波的会集办理供给了关键，防止了谐波在配电网中的涣散和传达。现在高压直流输电中老练的大功率交直流转化技能以及谐波办理技能，都能够为建造会集储能充电站的大功率充放电设备和谐波办理供给技能支持。
4)电池数量以及容量装备。在建造大型会集储能充电站中，怎么规划电池的数量以及充电设备的容量也是重要的技能应战。假如体系不只背负着电动轿车的动力服务，并且还背负着为电网优化运转以及供给储能服务的责任，则其电池的数量和充放电设备容量，在满意电动轿车动力服务需求的根底上，还需求具有必定的冗余。一方面，会集充电站为了完结削峰填谷只能挑选有限的时段进行充电;另一方面电池作为储能设备不能彻底投入电动轿车的动力服务，所以合理的装备电池资源和容量显得尤为重要。
2.3 一体化归纳调度决议方案
经过由电网统一规划调度大型会集储能充电站的电池充放电，是完结依据B2G 的有序充放电办理的显着特征，也是其战胜V2G 涣散、难以方案以及难以操控的中心办法。可是要完结电池会集充放电的调度，必定要确保电池资源能够依照调度方案进行装备，且不影响充换电服务网络的正常运转。而这种装备要依托电池配送调度来施行和确保。电池的配送要依托配送车辆来施行，而怎么安排和调度配送车辆既涉及到配送调度能否施行，也涉及到调度的本钱。
浅显地讲，电池会集充放电的运转调度要处理在什么时刻、什么地址为多少电池充入多少电量，或运用多少电池开释多少电量。而电池的配送调度则要确保在运转调度所指定的时刻地址，有满意的电池资源以供电网调度施行其运转规划，而一同在充换电服务网络的各个服务站点都具有满意的电池资源以满意电动轿车动力服务的需求。为了确保电池调度规划的实施，配送车辆调度既要满意电池配送调度方案的顺畅履行，又要优化配送调度的本钱。因而这3 种调度并非互相孤立，而是环环相扣的。正是这3 种调度的一体化规划和履行，才干够使电动轿车的充换电服务网络与电网严密地结合在一同，互相构成良性互动，而非互相约束和担负。
如图3 所示，3 种调度之间的联系能够用3 层模型来表明，车辆调度处于最底层，为电池配送调度供给运力支撑，电池配送调度为会集充放电运转供给电池资源支撑，而会集充放电运转调度能够理解为未来智能电网调度的一部分。整个调度体系在调度规划阶段需求归纳决议方案，不能互相在决议方案流程和次第上彻底别离，应依据动力服务需求、电网运转效益以及配送本钱的优化进行一体化的协谐和决议方案。
3 依据B2G 的有序充放电办理
有序充电这一概念本身是站在电网的视点来审视电动轿车动力电池的大规划充电问题，而关于电动轿车及其用户而言，并不存在“有序”或“无序”的差异。假如动力电池的充电负荷依照电网调度的希望完结有序办理，到达可猜测、可调度和可操控，不只能够大大削减投入，乃至还能够优化电网运转功率。此外，动力电池作为储能设备在必要时向电网供给电能支撑，还能够进一步优化电网的运转功率以及安全确保。可是在整车充电和V2G办法之下，因为电池的一切权和充电的决议方案权在用户手中，用户依据其本身的未来行进需求各自涣散进行充电决议方案，猜测这种充电负荷时刻和地址的散布必定会面对巨大的不确定性。而要引导用户依照电网运转所希望的办法(时刻、地址)进行充电，需求凭借一系列的方针和服务作为手法，凭借于需求侧办理的办法完结关于充电负荷的调度，但这种调度无论是在精度仍是有效性上都难以取得确保。在引进V2G 之后，要完结对大规划涣散的电动轿车及其动力电池进行准确放电操控，所需求的通讯网络建造和技能的难度与本钱都将是巨大的。
可是，依据电池替换和B2G 的办法，因为电池被会集充电，其充电的容量和时刻等要素彻底由调度直接指定，其作为充电负荷或放电电源的容量关于电网调度而言是彻底清晰的，其猜测的精度将是其他传统负荷无法比较的。而电动轿车运营服务公司作为电力公司的部属企业，电网调度能够具有关于一切电池运转的直接调度和办理权限，这种调度不需求其他任何附加的办理和技能本钱，并且高效牢靠。此外，要完结电网调度关于电池充放电的直接操控，在会集充电的办法下，能够会集建造通讯网络，其操控的本钱和操控算法的杂乱性都要远低于V2G 办法。详细的，在B2G 办法下的有序充放电办理，要特别重视以下几点问题：
1)负荷猜测。与以往研讨比较[15]，会集充电的动力电池是一种特别的负荷。关于电网调度而言，不只其规划和容量能够准确猜测，其充电的时刻地址在相当程度上也可进行决议方案和调度。运营服务公司依据猜测的未来周期内动力服务所需求的动力电池总量，结合体系电池装备的数量和冗余状况，拟定未来周期内的动力电池充电的总量规划并上报电网。这些动力电池充电负荷作为未来负荷猜测的一部分供电网调度进行调度规划运用，可是电网调度在满意时刻和总量的条件之下，能够拟定和调整这些动力电池充电的时刻和地址，详细能够将这些负荷看作出力为负数的机组来参加调度。
2)机组组合。在考虑电池作为电源可向电网放电的办法之下，电网调度在拟定机组组合方案时将不得不将其归入规划体系之内。可是在V2G 办法之下，因为各电动轿车的涣散和自主决议方案，假如将每一台电动轿车都作为独立电源，那么机组组合问题的变量维度将空前巨大，然后使问题难以求解[16]。在B2G 办法之下，会集充电站能够被看作一座发电厂，依据其内部的结构和最小操控规划与规模，将一切电池看作有限数量的机组，能够在传统的机组组合算法的支撑下快捷地完结新的机组组合方案。
3)潮流剖析。动力电池无论是作为充电负荷仍是放电电源，都会对电网潮流发生巨大的冲击。在整车充电和V2G 办法下，大规划的充放电将带来配电网潮流的杂乱改变。而一同因为电动轿车充放电的涣散决议方案，其接入电网的时刻地址的不确定性，会构成配电网潮流改变剖析和应对的一系列困难。因而，在这种办法下，配电网为习惯未来潮流的冲击所需求的改造和建造压力将是巨大的。可是在B2G 的办法之下，一座电池会集充电站能够依托于大容量的变电站建造，其并网点清晰，而相应的充放电操作关于电网潮流的影响彻底能够经过传统的潮流核算和剖析办法进行，不只下降技能难度，也能够节省配电网建造和改造的本钱。
4 结语
智能电网的建造正在繁荣鼓起和展开，而与此一同，电动轿车的大规划推行和运转与其萍水相逢。怎么将电动轿车的服务和运营与智能电网的建造与运转完美地结合起来，完结其一体化的无缝衔接，是一个关键问题。怎么逃避V2G 固有的妨碍又完美的发挥动力电池关于电网运转的优势，成为电动轿车与智能电网技能相结合的关键地址。本文经过对电动轿车与动力电池进行财物、时刻和地址几个方面的解耦之后，树立网络化的服务体系并与电网调度运转相结合，经过电池向电网会集供电的B2G 办法应运而生。B2G 在许多方面相关于V2G具有不行比较的优势，而其所依托的许多调度和运转的根底技能恰恰是传统的电网运转和调度技能优势地址，而相应的运营和服务又恰恰能够经过会集式的建造和办理来处理，特别适用于我国国情。B2G 能够战胜V2G 固有的用户大规模涣散决议方案与电网调度会集决议方案的对立;B2G 能够逃避V2G 构成的充放电时刻地址的不确定性;B2G 能够最大极限地保存电网关于负荷和电源的会集式传统运转调度办法;B2G 也愈加适用于国家电网正在展开的智能充换电服务网络的运营办法。因而B2G 将会成为未来电动轿车与智能电网技能相交融的一种极具竞争力的挑选。
