電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)的影響及接入技術(shù)要求

張曉波

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,西寧 810008）

電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)的影響及接入技術(shù)要求

張曉波

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,西寧 810008）

摘要：隨著石油資源的短缺，環(huán)境污染的加劇，電動(dòng)汽車(chē)必將成為將來(lái)汽車(chē)發(fā)展的方向，而電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模接入，將給配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行帶來(lái)諸多影響。本文簡(jiǎn)要介紹了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)預(yù)測(cè)，分析了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)配電網(wǎng)的影響，并提出了接入技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；配電網(wǎng)；接入技術(shù)

1　電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展概況

電動(dòng)汽車(chē)誕生于1873年，比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)早13年。但受電池技術(shù)和電機(jī)控制系統(tǒng)的限制，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。

目前，電動(dòng)汽車(chē)的核心——電池，是制約其發(fā)展的瓶頸。從全世界范圍看，電動(dòng)汽車(chē)的電池技術(shù)還有待提高。電動(dòng)汽車(chē)電池的研發(fā)經(jīng)歷了鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，每種電池各有優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段，鋰離子電池是最先進(jìn)的電池，可以達(dá)到20C以上，但其“能量比”大約只有汽油的五十分之一[1]。

電動(dòng)汽車(chē)幾乎能夠做到零排放、零污染，是未來(lái)汽車(chē)最理想的選擇。2013年，全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，產(chǎn)量突破24.1萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)44％；銷(xiāo)量突破18.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)55％；電動(dòng)汽車(chē)保有量也快速增長(zhǎng)，超過(guò)35萬(wàn)輛，同比上升51％。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)在政策的推動(dòng)下表現(xiàn)出色。2013年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量3.57萬(wàn)輛（包括傳統(tǒng)混合動(dòng)力車(chē)型），同比增長(zhǎng)26.2％，進(jìn)口電動(dòng)車(chē)1.66萬(wàn)輛；銷(xiāo)售超過(guò)4萬(wàn)輛，年底國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)保有量超過(guò)8萬(wàn)輛[2]。

2　電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)在為發(fā)展初期，隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，電池蓄電能力、充放電速度正在逐漸更新進(jìn)步。

目前，新型石墨烯電池實(shí)驗(yàn)成功，可把數(shù)小時(shí)的充電時(shí)間壓縮至短短不到一分鐘。石墨烯儲(chǔ)能設(shè)備的批量生產(chǎn)，將對(duì)電池產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量將出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。

近期國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)仍將保持快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，中遠(yuǎn)期中國(guó)也將成為全球電動(dòng)汽車(chē)普及度提升的重要驅(qū)動(dòng)力，領(lǐng)跑環(huán)保車(chē)型的推廣。

中遠(yuǎn)期展望，普華永道預(yù)測(cè)2020年前混合動(dòng)力車(chē)、插電式混合動(dòng)力車(chē)將占到全球新車(chē)總銷(xiāo)量的1/16，即6.3％；?？松梨谠谄浒l(fā)布的《2040年能源展望》中預(yù)測(cè)，到2040年混合動(dòng)力車(chē)將占全球輕型車(chē)的35％[3]；殼牌在其發(fā)布的《新視野》中預(yù)測(cè)，2030年前后電力、氫氣開(kāi)始逐步“接管”汽車(chē)能源市場(chǎng)，到2070年電動(dòng)汽車(chē)將全面取代燃油汽車(chē)[4]。

3　電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)的影響

未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；瘧?yīng)用后電池容量較大，單車(chē)快速充電功率將達(dá)到數(shù)百千瓦以上等級(jí)，將對(duì)地區(qū)配電網(wǎng)產(chǎn)生極大的電力負(fù)荷沖擊。電動(dòng)汽車(chē)充電為變流操作，需要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備的諧波等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.1對(duì)負(fù)荷特性的影響

電動(dòng)汽車(chē)分整車(chē)充電和更換電池充電，充（換）電站中電池的充電時(shí)間控制相對(duì)靈活，可以在用電低谷時(shí)段集中對(duì)電池進(jìn)行充電，有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差。

作為可移動(dòng)的分布式儲(chǔ)能單元，電動(dòng)汽車(chē)可以與其他可再生能源（如風(fēng)能和光伏發(fā)電）相互配合，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的日負(fù)荷特性曲線(xiàn)。電動(dòng)汽車(chē)接入配電網(wǎng)，可以給電力系統(tǒng)調(diào)度提供更多的可控制負(fù)荷，改變接入點(diǎn)的日負(fù)荷曲線(xiàn)，減小峰谷差，起到一定的削峰填谷的作用。具體的調(diào)節(jié)效果，由變電站負(fù)荷功率及負(fù)荷特性所決定。若地區(qū)日負(fù)荷特性曲線(xiàn)為典型曲線(xiàn)，即具有高峰低谷，而且負(fù)荷特性曲線(xiàn)變化平滑，則電動(dòng)汽車(chē)接入后的調(diào)節(jié)效果顯著。

將來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量的不斷增加，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)配電網(wǎng)的日負(fù)荷特性的影響也將逐漸增大。如果電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷控制協(xié)調(diào)合理，可以提高電力系統(tǒng)發(fā)電廠和電網(wǎng)設(shè)備的利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。但如果電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電，負(fù)荷控制協(xié)調(diào)不好，配電網(wǎng)可能產(chǎn)生“峰上加峰”的現(xiàn)象，使得電力系統(tǒng)調(diào)峰雪上加霜，大大增加配電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的壓力，影響發(fā)電廠和輸配電網(wǎng)的運(yùn)行效率，并將導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)電力不足，負(fù)荷低谷時(shí)發(fā)電廠出力和電網(wǎng)供電能力過(guò)剩的矛盾越發(fā)突出。

3.2對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

電動(dòng)汽車(chē)和作為用電負(fù)荷，將改變配電系統(tǒng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，并且對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生重要影響。根據(jù)負(fù)荷特性基礎(chǔ)曲線(xiàn)，大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的充電控制和負(fù)荷管理將非常復(fù)雜，配電網(wǎng)規(guī)劃必須滿(mǎn)足未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)和分布式電源的接入。其中變電站電源布點(diǎn)、變電站容量、變電站和線(xiàn)路以及配變的無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃等都需要充分考慮電動(dòng)汽車(chē)接入的影響，尤其是電動(dòng)汽車(chē)多集中在夜晚進(jìn)行充電，使得配電網(wǎng)夜間功率發(fā)生很大變化，需綜合考慮配電網(wǎng)的負(fù)荷管理。

3.3對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的影響

目前，電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備多采用電力電子器件，充電時(shí)呈非線(xiàn)性負(fù)載特性，電動(dòng)汽車(chē)充（換）電站將產(chǎn)生諧波，增加配電網(wǎng)諧波含量。如不治理，諧波將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、變壓器、線(xiàn)路等設(shè)備過(guò)熱，增加線(xiàn)損，縮短設(shè)備絕緣壽命，干擾附近控制和通信系統(tǒng)，影響電網(wǎng)中其他正常用電設(shè)備運(yùn)行。同時(shí)，大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)產(chǎn)生的諧波污染將影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，造成功率因數(shù)下降、電壓畸變等。

4　電動(dòng)汽車(chē)接入技術(shù)要求

4.1電動(dòng)汽車(chē)充（換）電站接入系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)充（換）電站專(zhuān)用供電系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足充（換）電站的充電、照明、監(jiān)控、辦公用電的需求，不應(yīng)接入其他無(wú)關(guān)的電力負(fù)荷。

（1）根據(jù)充（換）電站的建設(shè)位置和服務(wù)對(duì)象，評(píng)估其負(fù)荷大小和社會(huì)影響程度，確定負(fù)荷等級(jí)，并采用合理的供電電壓等級(jí)和線(xiàn)路條數(shù)。

（2）根據(jù)充（換）電站用電負(fù)荷規(guī)模，確定供電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面和配變?nèi)萘浚⒘粲幸欢ǖ脑６取?/p>

（3）充（換）電站配變低壓側(cè)可采用單母線(xiàn)接線(xiàn)或單母線(xiàn)分段接線(xiàn)。

（4）充（換）電站若采用2臺(tái)及以上配變的，應(yīng)避免出現(xiàn)配變高低壓環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，在低壓進(jìn)線(xiàn)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間應(yīng)設(shè)置電氣聯(lián)鎖和機(jī)械閉鎖裝置。

（5）為減少諧波的產(chǎn)生，兩回低壓線(xiàn)路向同一臺(tái)充電機(jī)供電時(shí)，兩回線(xiàn)路應(yīng)該分別接入變壓器兩個(gè)低壓移相繞組。

4.2電能質(zhì)量指標(biāo)

（1）電動(dòng)汽車(chē)充（換）電站電壓和頻率須滿(mǎn)足GB/T 12325-2008電能質(zhì)量 供電電壓偏差和GB/T 15945-2008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差的要求。

（2）電動(dòng)汽車(chē)充（換）電站、充電機(jī)的設(shè)計(jì)須充分考慮對(duì)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。滿(mǎn)足GB/T 14549-93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波的要求。

（3）電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施接入中壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，非車(chē)載的低壓充電設(shè)施的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，功率因數(shù)偏低的應(yīng)安裝就地電容器組、SVC、SVG等無(wú)功補(bǔ)償裝置。

5　結(jié)論

環(huán)境污染和石油資源等已經(jīng)成為社會(huì)焦點(diǎn)問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)在現(xiàn)有汽車(chē)技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，改變能源利用方式，緩解傳統(tǒng)能源（石油）危機(jī)、促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)作為配電網(wǎng)的新型電力負(fù)荷，其大規(guī)模發(fā)展將對(duì)現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的普及和應(yīng)用，將有效促進(jìn)低碳能源、低碳產(chǎn)業(yè)、低碳交通的發(fā)展，符合綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)：

[1]李安定.《電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)沒(méi)有所謂的同一起跑線(xiàn)》[J].中國(guó)周刊，2009（08）.

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[4]殼牌，NewLensScenarios[R].2013-11-05.