作为未来能源互联网的一部分,电动汽车（Electric vehicle,EV）被认为是一种柔性资源,可以通过调节充、放电功率大小和时间就地消纳可再生能源发电,有效提升可再生能源利用效率,同时改善了电网运行状况。近年来随着EV数量不断激增,大量EV电网内随机充、放电行为给电力系统安全与稳定运行带来了巨大挑战,同时也将对EV用户体验产生巨大影响。基于这一背景,本文分别从电池损耗成本模型、不同场景下EV能量交换方法开展研究,实现了基于车联网（Vehicle-to-grid,V2G）、车联家庭（Vehicle-to-home,V2H）、车辆互联（Vehicle-to-vehicle,V2V）和电池交换行为下EV高成本效益能量交换,在电力系统运行不同时间满足了EV用户不同需求,同时也有效改善了电力系统运行状态,为EV进一步推广应用提供了能量交换方法的理论依据和实践指导。主要技术创新点如下:1.针对EV参与能量交换时产生过高电池损耗成本问题,提出了一种基于匈牙利分配算法的调频功率分层分配方法。根据EV电池损耗特性,采用雨流计数法量化电池损耗,并对不同类型电池的损耗成本进行建模。为了维持电力系统的频率稳定,在高层调频功率分配中,根据EV和调频机组响应特性以频率稳定作为优化目标对调频功率分配方案进行优化;在低层调频功率分配中,根据所建电池损耗成本模型,考虑了不同电池类型的EV特性,以总调频成本最小作为优化目标对EV调频功率分配方案进行优化。基于灵敏度分析方法,分别发现了EV参与调频的成本规律和系统频率变化规律。所提方法有效改善了EV参与系统调频的经济成本效益,促进了EV参与电力市场辅助服务,有利于系统安全、稳定运行。仿真与实验结果都验证了所提方法的有效性和可行性。2.为了改善可再生能源发电就地消纳,降低各家庭用户电力成本,提出了一种考虑V2H行为的家庭微电网互联能量交换分层方法。通过协调各家庭微网内柔性负荷和V2H功率,将分布式可再生能源逐层就地消纳。在低层能量交换过程中,通过协调各家庭微网中柔性负荷,以成本最低为目标尽可能满足微网内用电负荷;在高层能量交换过程中,互联系统考虑各家庭用户因工作、生活习惯差异导致负荷运行时间的互补性,通过将微网之间富余电源和剩余负荷进行能量交换匹配,实现电力负荷低成本运行。EV作为唯一互动型柔性负荷,通过灵活多变V2H行为在满足家庭用户正常用电需求同时降低电力成本。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性和合理性。3.针对大规模EV随机充、放电行为对电网造成的影响,提出了一种基于二分图匹配的V2V分层能量交换方法。根据EV联网聚集情况将整个系统划分为不同子系统,并对EV能量交换方案进行优化。优化过程中考虑了不同EV用户需求偏好。在V2V低层能量交换过程中,以满足各子系统内EV用户需求和消纳分布式可再生能源为目标;在V2V高层能量交换过程中,对各个子系统中剩余负荷和富余电源重新制定能量交换匹配方案。在整个过程中,为了减小EV之间价格差异,EV个体电力交易价格将会通过自适应调整来追踪所在子系统电力交易价格。所提方法有效增强了EV能量交换灵活性,提高了系统能源效率。仿真与实验结果验证了所提方法有效性和可行性。4.为解决EV在高速公路上电力补充花费时间长、费用高问题,提出了一种EV电池分层能量交换方法以保证高速公路上EV能够获得经济效益高的电力补充。在高速公路上,电池交换站（Battery-swapping-station,BSS）被考虑为EV电力补充主要场所,能够持续为EV提供便捷、经济的电力补充服务。在能量交换低层,根据各BSS电力储备情况,EV被分配到不同BSS补充电力,分配方案以总成本最低作为优化目标;在能量交换中层,BSS内电池能量交换方式同时考虑电网供电给电池（Grid-to-batery,G2B）和电池放电给电池（Battery-to-battery）能量交换方式,并以BSS内总成本最低为目标对其能量交换方案进行优化,优化过程考虑了在该站补充电力EV数量;在能量交换高层,部分高SOC电池EV被鼓励与BSS内电池进行能量交换,并以降低成本最大化作为目标对能量交换方案进行优化,优化过程中根据薪酬公平理论对EV收益进行了分配。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性和可行性,为EV电力补充方案提供了新的思路,有利于EV进一步推广和应用。综上所述,EV作为电力系统中一种柔性资源,能够通过制定合理充、放电功率分配方案降低EV电池损耗成本和用户电力成本;通过提高能量交换能效满足EV用户驾驶和经济需求;通过协调大规模EV随机充、放电行为促进可再生能源发电出力就地消纳、维持电力系统安全稳定运行,为用户侧能量管理提供灵活、可行的能量交换与经济调度方案。