適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃體系

韓豐，宋毅，薛振宇

(國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市 102209)

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適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃體系

韓豐，宋毅，薛振宇

(國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市 102209)

電動(dòng)汽車是清潔能源替代傳統(tǒng)能源的革命性技術(shù)，已在全球范圍引起持續(xù)關(guān)注。在電動(dòng)汽車快速發(fā)展的背景下，分析了電動(dòng)汽車的用電行為及發(fā)展路線。通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車負(fù)荷接入配電網(wǎng)的影響分析，總結(jié)了配電網(wǎng)規(guī)劃所面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)而提出適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃體系，為指導(dǎo)大規(guī)模電動(dòng)汽車負(fù)荷接入條件下配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作指明了研究方向和重點(diǎn)。

電動(dòng)汽車；用電行為；充電方式；適應(yīng)性規(guī)劃

0 引 言

電動(dòng)汽車(electric vehicle，EV)是清潔能源替代傳統(tǒng)能源的革命性技術(shù)，在全球范圍引起持續(xù)關(guān)注。美國(guó)、日本[1-3]等國(guó)先后啟動(dòng)能源戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，強(qiáng)力推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)于2012年頒布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》，提出2020年電動(dòng)汽車生產(chǎn)能力達(dá)到200萬(wàn)輛。本文結(jié)合電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)，分析電動(dòng)汽車的用電行為及發(fā)展路線，列舉主要的電動(dòng)汽車充電方式及典型充換電設(shè)施配置。通過(guò)分析電動(dòng)汽車接入對(duì)配電網(wǎng)的影響，梳理配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的主要問(wèn)題，進(jìn)而提出適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃體系。

1 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)

2012年，國(guó)務(wù)院頒布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》，其中規(guī)定：到2015年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50萬(wàn)輛；到2020年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬(wàn)輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過(guò)500萬(wàn)輛。

2012年初，我國(guó)25個(gè)示范城市運(yùn)行中的電動(dòng)汽車總量已達(dá)1.15萬(wàn)輛，包括公交車、出租車、公務(wù)車和私家車等類型。各類型車輛占比如表1所示。

表1 不同類型電動(dòng)汽車所占比例

Table 1 Proportion of different types of electric vehicles

根據(jù)國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)大體為：2015年前，電動(dòng)汽車主要在公交車、公務(wù)車、出租車中示范運(yùn)營(yíng)，私家車較少；2016—2020年，在公共交通系統(tǒng)、公務(wù)車中實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車規(guī)模化運(yùn)營(yíng)，私家車逐步增多；2021—2030年，電動(dòng)私家車加速發(fā)展，比例逐年上升，如圖1所示。

圖1 我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)

2 電動(dòng)汽車用電行為分析

電動(dòng)汽車的用電行為受汽車類型、電池技術(shù)、充電方式、充電設(shè)施布局、電價(jià)政策以及商業(yè)模式等多種因素影響[4-12]。結(jié)合國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀，電動(dòng)汽車用電行為一般分為以下類型。

(1)無(wú)序用電：通過(guò)無(wú)計(jì)劃的“即插即用”將電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)，通常在每天的最后一次出行結(jié)束后或者在某個(gè)充電樁可用的時(shí)候采用。

(2)分時(shí)電價(jià)用電：根據(jù)分時(shí)電價(jià)方案，引導(dǎo)用戶在谷段電價(jià)時(shí)段實(shí)施充電，以此轉(zhuǎn)移系統(tǒng)高峰負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)削峰目的。

(3)智能用電：以總負(fù)荷波動(dòng)最小化為原則，對(duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)間進(jìn)行控制，從而將充電負(fù)荷從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到非高峰時(shí)段。

隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的完善以及相關(guān)監(jiān)管制度、商業(yè)模式的進(jìn)一步豐富，電動(dòng)汽車的用電行為將會(huì)發(fā)生階段性的變化，如表2所示。

表2 電動(dòng)汽車用電行為的發(fā)展路線

Table 2 Developing route of consumption behavior of electric vehicles

3 電動(dòng)汽車充電方式及典型配置

3.1 充電方式及特點(diǎn)分析

目前，我國(guó)電動(dòng)汽車主要的充電方式包括：換電、慢充和快充3種。

(1)換電方式。換電時(shí)間為5～10 min，電池集中充電站內(nèi)配置電池箱充電機(jī)為批量動(dòng)力電池進(jìn)行充電，配送站配置換電機(jī)器人為用戶提供電池更換服務(wù)。

(2)慢充方式。充電時(shí)間為6～10 h，一般采用交流220 V供電，具有較強(qiáng)的定向性特點(diǎn)，主要應(yīng)用在居民區(qū)停車場(chǎng)、公交車停車場(chǎng)等。

(3)快充方式。在1 h以內(nèi)完成80%的電能補(bǔ)給，一般采用交流380 V供電，具有充電電流大、充電功率高的特點(diǎn)。

3種充電方式的適用范圍見表3。

表3 電動(dòng)汽車充電方式的適用范圍

Table 3 Application range of electric vehicle charging mode

3.2 充換電設(shè)施典型配置

我國(guó)典型的充換電設(shè)施配置如表4所示。其中，城際互聯(lián)快速充電站主要布置在高速公路兩側(cè)，成對(duì)出現(xiàn)，充電時(shí)間可以提高至20 min，主要采用直流充電；充電塔建筑有10層樓高，可為社會(huì)電動(dòng)車提供充電、停車、維修等服務(wù)；電動(dòng)公交車充電站可以為公交車提供充電服務(wù)，換電站則提供換電服務(wù)；電動(dòng)出租車充電站為出租車提供充電服務(wù)，換電站則提供換電服務(wù)。

表4 充換電設(shè)施的典型配置

Table 4 Typical configuration of charging and battery swap infrastructure

注：換電充電設(shè)施為電池箱充電機(jī)。

4 電動(dòng)汽車接入對(duì)配電網(wǎng)影響分析

(1)改變系統(tǒng)負(fù)荷特性。由于電動(dòng)汽車負(fù)荷的接入，電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線將會(huì)隨之改變。在無(wú)序用電模式下，電動(dòng)汽車接入負(fù)荷沖擊巨大，用電行為具有明顯的隨機(jī)性和間歇性，電網(wǎng)日高峰負(fù)荷明顯上升。特別是在迎峰度夏(冬)期間，大量的負(fù)荷接入將拉大峰谷差。在分時(shí)電價(jià)用電模式下，引導(dǎo)用戶在低谷電價(jià)時(shí)段用電可以起到削峰作用。但隨著電動(dòng)汽車充電設(shè)施接入規(guī)模的增加，谷段電價(jià)時(shí)段的負(fù)荷需求將逐漸增大，電網(wǎng)在谷段電價(jià)開始的整點(diǎn)時(shí)間附近再次出現(xiàn)尖峰。

(2)增加設(shè)備重過(guò)載頻率。大量電動(dòng)汽車負(fù)荷的接入將導(dǎo)致電網(wǎng)過(guò)載現(xiàn)象頻繁發(fā)生。研究表明，無(wú)序用電模式會(huì)導(dǎo)致相關(guān)支路負(fù)荷率平均增加122%；分時(shí)電價(jià)用電模式用電集中度較高，將導(dǎo)致相關(guān)支路負(fù)荷率平均增加130%；智能用電模式，由于合理控制用電時(shí)間，相關(guān)支路負(fù)荷率平均增加30.6%。

(3)劣化配電網(wǎng)電能質(zhì)量。電動(dòng)汽車充電機(jī)是典型的電力電子交直流變換設(shè)備，工作時(shí)將產(chǎn)生超標(biāo)的高次諧波電流，增加線路損耗，使線路末端電壓降越限[13-14]。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，充電機(jī)產(chǎn)生的5次諧波電流可以達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T 14549—1993規(guī)定的諧波電流允許值的2.3倍，致使母線電壓降至0.9pu以下。

(4)降低電網(wǎng)運(yùn)行效率。在無(wú)序用電模式下，由于用電行為具有較大隨機(jī)性，電動(dòng)汽車負(fù)荷的接入要求現(xiàn)階段電網(wǎng)建設(shè)具有更高標(biāo)準(zhǔn)，造成較高配置標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)設(shè)備利用率下降，浪費(fèi)了大量資源。

5 配電網(wǎng)適應(yīng)性規(guī)劃體系構(gòu)建

5.1 配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)汽車的接入缺乏系統(tǒng)性考慮，僅以傳統(tǒng)電力用戶為邊界條件研究在規(guī)劃期內(nèi)何時(shí)、何地投建何種類型的電力設(shè)施設(shè)備，未將電動(dòng)汽車納入研究框架，對(duì)應(yīng)的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用仍存在許多局限性。總體來(lái)看，配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的挑戰(zhàn)主要包括以下幾個(gè)方面。

(1)配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)更多樣化。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃主要以提高供電可靠性、降低線損率為目標(biāo)，而電動(dòng)汽車接入后，其不同保有量、發(fā)展階段、用電行為下的運(yùn)行特征存在很大差異，規(guī)劃時(shí)需結(jié)合可能的充電方式制定相應(yīng)的規(guī)劃目標(biāo)，并考慮充電服務(wù)最優(yōu)化、低碳效益最大化、調(diào)度控制智能化的發(fā)展方向。這對(duì)優(yōu)化規(guī)劃的理論方法提出更高要求。

(2)配電網(wǎng)規(guī)劃約束條件更復(fù)雜。配電網(wǎng)規(guī)劃與充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是2個(gè)層面的問(wèn)題，前者以負(fù)荷需求、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行安全等電氣因素作為邊界條件，后者以電動(dòng)汽車保有量、道路路網(wǎng)信息、車流量等非電氣因素為邊界條件。當(dāng)電動(dòng)汽車負(fù)荷大量接入后，配電網(wǎng)需將充換電設(shè)施的用電需求及其布局作為新的約束條件，統(tǒng)籌考慮。二者耦合程度增強(qiáng)，規(guī)劃難度增大。

(3)配電網(wǎng)與通信網(wǎng)耦合性增強(qiáng)。信息及通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電智能調(diào)度的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電協(xié)同控制、需求側(cè)響應(yīng)等基本功能的保證。特別是在智能用電行為下，通過(guò)信息交互可以主動(dòng)引導(dǎo)并控制電動(dòng)汽車的充電時(shí)間和地點(diǎn)，改善配電網(wǎng)運(yùn)行特性。但傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃沒有考慮信息及通信系統(tǒng)對(duì)充電行為的改善程度，難以適應(yīng)電動(dòng)汽車用電行為發(fā)展趨勢(shì)的要求。

(4)高度依賴建模仿真工具。電動(dòng)汽車及其充電技術(shù)的發(fā)展十分迅速，用電行為受技術(shù)、政策、電價(jià)等因素影響明顯，分析場(chǎng)景多樣，因此建模方法與仿真工具成為量化研究電動(dòng)汽車相關(guān)問(wèn)題的主要手段[15-21]。但目前，電動(dòng)汽車的建模仿真工具仍然匱乏，難以對(duì)可能遇到的各種不確定性場(chǎng)景進(jìn)行精細(xì)化運(yùn)行模擬。

5.2 適應(yīng)性規(guī)劃體系構(gòu)建

考慮電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)適應(yīng)性規(guī)劃體系框架建設(shè)，優(yōu)先應(yīng)從電動(dòng)汽車充換電建模與仿真方法入手，提出適用于電動(dòng)汽車充放電與電網(wǎng)融合的綜合建模方法和仿真分析方法；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建充換電設(shè)施與配電網(wǎng)一體化規(guī)劃模型，建立適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃方法；還需針對(duì)性地提出充換電設(shè)施接入的評(píng)估策略，引導(dǎo)和規(guī)范充換電設(shè)施的接入，降低電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)面影響；最后，還需形成充換電設(shè)施的典型接入方式，促進(jìn)充換電設(shè)施接入的標(biāo)準(zhǔn)化水平。其整體的體系框架如圖2所示。

圖2 適應(yīng)性規(guī)劃體系框架

(1)電動(dòng)汽車充放電綜合建模方法。目前，電動(dòng)汽車的保有量相對(duì)較少，實(shí)際的樣本數(shù)據(jù)十分有限，因此提出電動(dòng)汽車充放電綜合建模方法是研究充放電規(guī)律的基本手段。電動(dòng)汽車的充放電綜合模型包括交互充放電模型、用戶用電行為模型和控制優(yōu)化模型3個(gè)部分。

交互充放電模型以構(gòu)建單個(gè)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的電氣交互關(guān)系為目的，研究電動(dòng)汽車與電網(wǎng)交互狀態(tài)下的充放電動(dòng)態(tài)和暫態(tài)建模方法。重點(diǎn)需結(jié)合不同類型的動(dòng)力電池，建立各類充電方式下電動(dòng)汽車充放電時(shí)電氣關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，必要時(shí)還需要詳細(xì)刻畫動(dòng)力電池的電氣等效模型。此外，特別是要研究超級(jí)電容、鈦酸鋰電池等特殊電池的充放電交互模型，掌握快速或超快速充電的規(guī)律特征。

用戶用電行為模型以分析規(guī)?；妱?dòng)汽車充放電特征為目標(biāo)，研究電動(dòng)汽車充放電的不確定性。模型建立與電動(dòng)汽車保有量和分布程度密切相關(guān)，具有顯著的時(shí)空分布和概率特征。對(duì)于全國(guó)、地區(qū)或省市層面的研究，以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槭侄?，建立概率特征的用電模型；?duì)于片區(qū)、居住區(qū)或商業(yè)區(qū)層面的研究，要結(jié)合工作日、公休日等可能刺激用電行為的關(guān)鍵信息，具體研究用戶的行為過(guò)程。

控制優(yōu)化模型以研究電動(dòng)汽車充放電引導(dǎo)策略為目標(biāo)，建立在電力市場(chǎng)、智能用電等模式下的分層控制架構(gòu)和控制策略，優(yōu)化充電時(shí)序。采用時(shí)間控制策略，即電動(dòng)汽車在給定時(shí)間或負(fù)荷處于低谷階段開始充電，用以改善負(fù)荷曲線；采用智能控制策略，即電動(dòng)汽車與電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，充電受電網(wǎng)控制；采用電價(jià)引導(dǎo)策略，即基于開放的電力市場(chǎng)環(huán)境，通過(guò)電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)電動(dòng)汽車充電，為用戶指定最經(jīng)濟(jì)的充電方案。

(2)電動(dòng)汽車充電仿真工具。仿真工具是在綜合模型的基礎(chǔ)上，模擬和再現(xiàn)電動(dòng)汽車充放電過(guò)程的重要技術(shù)手段，對(duì)于電動(dòng)汽車，應(yīng)側(cè)重充電負(fù)荷預(yù)測(cè)、穩(wěn)態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)仿真3個(gè)方面。

充電負(fù)荷預(yù)測(cè)需結(jié)合建模方法，研究電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)空預(yù)測(cè)技術(shù)。充電負(fù)荷的總量預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)模，預(yù)測(cè)規(guī)劃期內(nèi)充電電量和充電負(fù)荷的最大值，輔助支撐新增充換電站規(guī)模和新增變配電規(guī)模的確定。充電負(fù)荷的空間預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車充電需求的分布密度，確定未來(lái)充電負(fù)荷產(chǎn)生的空間分布，為充換電站布局和變電站布局提供參考依據(jù)。

穩(wěn)態(tài)仿真用于模擬電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)的情境下，電力網(wǎng)絡(luò)的電氣參數(shù)變化情況。當(dāng)大量電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電時(shí)，模擬其時(shí)序過(guò)程的穩(wěn)態(tài)電氣參數(shù)變化規(guī)律，分析可能對(duì)配電網(wǎng)造成的影響，評(píng)估電網(wǎng)的接納能力；當(dāng)大量電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)放電時(shí)，模擬其放電對(duì)配電網(wǎng)可能提供的功率支撐，研究電動(dòng)汽車集群構(gòu)建虛擬電廠并通過(guò)分布式控制策略改善配電網(wǎng)安全可靠參數(shù)的可能性。同時(shí)，應(yīng)考慮分布式電源與電動(dòng)汽車作為儲(chǔ)能單元相結(jié)合的場(chǎng)景下，電力能源互動(dòng)模式，研究以家庭為單位的分布式電源、電動(dòng)汽車微電網(wǎng)運(yùn)行模式。

動(dòng)態(tài)仿真用于刻畫電動(dòng)汽車充放電暫態(tài)過(guò)程，通過(guò)開發(fā)含充電機(jī)保護(hù)控制電路的完整仿真工具，模擬單個(gè)或多個(gè)充電機(jī)工作時(shí)的暫態(tài)過(guò)程，分析充放電過(guò)程中充電機(jī)的諧波水平，驗(yàn)證治理方案的有效性。對(duì)于超級(jí)電容，由于可在90 s完成充電，需要模擬超級(jí)電容電動(dòng)汽車群引起的電壓波動(dòng)特性。

(3)配電網(wǎng)適應(yīng)性規(guī)劃方法。為了適應(yīng)電動(dòng)汽車接入，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃須向新的方向轉(zhuǎn)變，基于電動(dòng)汽車建模與仿真技術(shù)，建立適應(yīng)電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)“多目標(biāo)、多約束”的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法[22]。

在目標(biāo)層，在已有配電網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行充換電設(shè)施選址定容，要構(gòu)建一套含充電網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)，既要滿足配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)、安全和可靠，也要滿足用戶充電的經(jīng)濟(jì)、便捷，確定充換電設(shè)施的最佳接入位置；在已有充換電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃，要以充電負(fù)荷空間分布為基礎(chǔ)，構(gòu)建一套涵蓋配電網(wǎng)投資、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)的變電站綜合選址定容模型，并結(jié)合圖論技術(shù)，提出配電網(wǎng)規(guī)劃方案；當(dāng)充換電設(shè)施布局和變電站布局同時(shí)需要優(yōu)化時(shí)，應(yīng)結(jié)合上述2種方法的優(yōu)化思路，將不同維度衡量目標(biāo)的同維化，形成兼顧充換電設(shè)施和配電網(wǎng)的綜合優(yōu)化目標(biāo)，動(dòng)態(tài)形成規(guī)劃方案。

在約束層，配電網(wǎng)方面應(yīng)考慮容量約束、電壓約束、電流約束等電氣參數(shù)的約束，充換電設(shè)施方面應(yīng)考慮車流量約束、道路交通約束、服務(wù)半徑約束等。在V2G模式下，電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)，還需要對(duì)接入的母線、線路、開關(guān)等進(jìn)行短路電流和熱穩(wěn)定校核，同時(shí)應(yīng)注意控制電動(dòng)汽車注入電網(wǎng)的直流分量大小。

(4)考慮電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)綜合評(píng)估。綜合評(píng)估是對(duì)規(guī)劃方案再分析和再認(rèn)識(shí)，有助于針對(duì)性地解決充換電設(shè)施在設(shè)計(jì)階段可能面臨的問(wèn)題，進(jìn)一步消除電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響。評(píng)估的主要思路為：在現(xiàn)有配電網(wǎng)綜合評(píng)估的基礎(chǔ)上，研究并網(wǎng)充換電設(shè)施及其配套電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)效率[23-24]，建立充換電設(shè)施接入技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估框架，提出在電力市場(chǎng)多主體條件下的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估策略，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配電網(wǎng)投資和運(yùn)行成本的目的。

運(yùn)營(yíng)效率方面，既要把電動(dòng)汽車作為節(jié)能降耗的重要方式，納入到整個(gè)能源體系的全鏈條中，評(píng)估電動(dòng)汽車應(yīng)用對(duì)能源戰(zhàn)略的重要作用；同時(shí)也要將充換電設(shè)施的優(yōu)化利用作為研究重點(diǎn)，提升設(shè)備的時(shí)間利用率和功率利用率，進(jìn)而提升電網(wǎng)的利用效率。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方面，既要開展專項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)估優(yōu)化，如配電網(wǎng)接納充電負(fù)荷的能力評(píng)估、配電網(wǎng)計(jì)及電動(dòng)汽車充電的安全性評(píng)估等；同時(shí)也要開展多指標(biāo)的綜合性評(píng)估，如充換電設(shè)施接入對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載運(yùn)行水平影響、對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)的影響、對(duì)網(wǎng)損的影響、對(duì)設(shè)備壽命的影響、對(duì)電網(wǎng)收益的影響等。

(5)充換電設(shè)施典型接入模式。經(jīng)過(guò)上述4個(gè)方面的充分論證后，充換電設(shè)施接入電網(wǎng)應(yīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、典型化、模塊化的方案，以提高規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工的工作效率，為充換電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化管理提供技術(shù)支撐。典型接入模式主要包括典型接線方式、典型一次系統(tǒng)配置和典型二次系統(tǒng)配置。

典型接線方式，要針對(duì)不同類型的充換電設(shè)施及其服務(wù)車型，結(jié)合充電設(shè)備和充換電站的電氣參數(shù)，確定其接入的標(biāo)稱電壓等級(jí)；再根據(jù)充換電設(shè)施的重要程度，確定其用戶重要等級(jí)并制定供電電源方案；接入點(diǎn)應(yīng)根據(jù)充換電設(shè)施的電壓要求，提出接入方案。

典型一次系統(tǒng)配置，單個(gè)充電樁的低壓供電線路應(yīng)一次選定，留有充分裕度以適應(yīng)充電技術(shù)的發(fā)展，避免后續(xù)重復(fù)拆建；變電站或配電室的電氣主接線應(yīng)具有較高可靠性；開關(guān)柜優(yōu)先選用小型化、無(wú)油化、緊湊型、免維護(hù)或少維護(hù)的設(shè)備，并能夠與配電變壓器緊密配合。

典型二次系統(tǒng)配置，要充分發(fā)揮通信技術(shù)在智能調(diào)度、自動(dòng)控制、安全監(jiān)控等方面的作用，建立標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)等，支撐電動(dòng)汽車智能用電的發(fā)展。

6 結(jié) 論

電動(dòng)汽車是未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，探索適應(yīng)電動(dòng)汽車發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃體系，對(duì)于保障電動(dòng)汽車及時(shí)可靠的接入和配電網(wǎng)安全運(yùn)行具有十分重要的作用。本文針對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車快速發(fā)展的趨勢(shì)，深入剖析了電動(dòng)汽車的用電行為及其對(duì)電網(wǎng)的影響，進(jìn)而提出考慮電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)規(guī)劃體系框架，對(duì)于推動(dòng)電動(dòng)汽車與配電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

[1] Boulanger A G，Chu A C，Maxx S，et al.Vehicle electrification：status and issues[J].Proceedings of the IEEE，2010，99(6)：1116-1138.

[2] Kempton W，Toru K.Electric-drive vehicles for peak power in Japan[J].Energy Policy，2000，28(1)：9-18.

[3] 楊方，張義斌，葛旭波.中美日電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)及特點(diǎn)分析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23(7)：40-44. Yang Fang，Zhang Yibin，Ge Xubo.Electric vehicle development tendency and characteristics in China，USA and Japan[J].Energy Technology and Economics，2011，23(7)：40-44.

[4] 高賜威，吳茜.電動(dòng)汽車換電模式研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(4):891-898. Gao Ciwei，Wu Xi.A survey on battery-swapping mode of electric vehicles[J].Power System Technology，2013，37(4)：891-898.

[5] 杜劍，謝東，吳濤，等.國(guó)外電動(dòng)汽車戰(zhàn)略及充換電業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].華中電力，2012，1(25)：96-102. Du Jian，Xie Dong，Wu Tao，et al.Status of foreign electric vehicle development strategy and charge-exchange service[J].Central China Electric Power，2012，1(25)：96-102.

[6] 康繼光，衛(wèi)振林，程丹明，等.電動(dòng)汽車充電模式與充電站建設(shè)研究[J].電力需求側(cè)管理，2009，11(5)：64-66. Kang Jiguang，Wei Zhenlin，Cheng Danming，et al.Research on electric vehicle charging mode and charging stations construction[J].Power Demand Side Management，2009，11(5)：64-66.

[7] Kempton W，Udo V，Huber K，et al.A test of vehicle-to-grid(V2G) for energy storage and frequency regulation in the PJM system[R].Delaware：University of Delaware，2008.

[8] Larry D，Jessica H.A new car，a new grid[J].IEEE Power & Energy Magazine，2010，8(2)：55-61.

[9] Hadley S W，Tsvetkova A.Potential impacts of plug-in hybrid electric vehicles on regional power generation[R].Tennessee：Oak Rige National Laboratory，2008.

[10] Steven L.Plug-in hybrid electric vehicles and the ermont grid：a scoping analysis[R].Vermont：University of Vermont Transportation，Center，2007.

[11] 李惠玲，白曉民.電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響及對(duì)策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(17)：38-43. Li Huiling，Bai Xiaomin. Impacts of electric vehicles charging on distribution on grid[J].Automation of Electric Power Systems，2011，35(17)：38-43.

[12] 辛建波，溫宇賓，李睿.電動(dòng)汽車規(guī)模應(yīng)用對(duì)江西電網(wǎng)的影響分析[J].江西電力，2010，34(4)：1-6. Xin Jianbo，Wen Yubin，Li Rui.Influence of widely application of electric vehicle on Jiangxi power grid[J].Jiangxi Electric Power 2010，34(4)：1-6.

[13] 陳新琪，李鵬，胡文堂，等.電動(dòng)汽車充電站對(duì)電網(wǎng)諧波的影響分析[J].中國(guó)電力，2008,41(9)：31-36. Chen Xinqi，Li Peng，Hu Wentang，et al.Analysis of impacts of electric vehicle charger on power grid harmonic[J].Electric Power，2008，41(9)：31-36.

[14] 牛利勇，姜久春，張維戈.純電動(dòng)公交充電站諧波分析的模型方法[J].高技術(shù)通訊，2008，18(9)：953-957. Niu Liyong，Jiang Jiuchun，Zhang Weige.A simulation model for analysis of current harmonics generated by charging stations forelectric buses[J].Chinese High Technology Letters，2008，18(9)：953-957.

[15] 葛少云，馮亮，劉洪，等.考慮車流信息與配電網(wǎng)絡(luò)容量約束的充電站規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(3)：582-589. Ge Shaoyun，F(xiàn)eng Liang，Liu Hong，et al.Planning of charging stations considering traffic flow and capacity constraints of distribution network[J].Power System Technology，2013，37(3)：582-589.

[16] 薛振宇，李敬如，楊衛(wèi)紅.電動(dòng)汽車充換電設(shè)施接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范解讀[J].智能電網(wǎng)，2014，2(6)：50-55. Xue Zhenyu，Li Jingru，Yang Weihong.A reading of the technology guide of EV charging and battery swap facility connected to power grid[J].Smart Grid，2014，2(6)：50-55.

[17] 曹一家，譚益，黎燦兵，等.具有反向放電能力的電動(dòng)汽車充電設(shè)施入網(wǎng)典型方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(14)：48-52. Cao Yijia，Tan Yi，Li Canbing，et al.Typical schemes of electric vehicle charging infrastructure connected to grid[J].Automation of Electric Power Systems，2014，2(6)：50-55.

[18] )陳玉進(jìn).電動(dòng)汽車充電設(shè)備特點(diǎn)及對(duì)電網(wǎng)影響探討[J].湖北電力，2009，33(6)：48-50. Chen Yujin.Study on the influence on power quality by electric vehicles charging equipment[J].Hubei Electric Power，2009，33(6)：48-50.

[19] 吳春陽(yáng)，黎燦兵，杜力，等.電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(24)：37-45. Wu Chunyang，Li Canbing，Du Li，et al.Typical schemes of electric vehicle charging infrastructure connected to grid [J].Automation of Electric Power Systems，2010，34(24)：37-45.

[20] 田立亭，張明霞，汪奐伶.電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的評(píng)估和解決方案[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(31)：43-49. Tian Liting，Zhang Mingxia，Wang Huanling.Evaluation and solutions for electric vehicles’ impact on the grid[J].Proceedings of the CSEE，2012，32(31)：43-49.

[21] 滕樂天，何維國(guó)，杜成剛，等.電動(dòng)汽車能源供給模式及其對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的影響[J].華東電力，2009，37(10)：1675-1677. Teng Letian，He Weiguo，Du Chenggang，et al.Power supplymodes for electrical vehicles and their impacts on grid operation[J].East China Electric Power，2009，37(10)：1675-1677.

[22] 羅卓偉，胡澤春，宋永華，等.電動(dòng)汽車充電負(fù)荷計(jì)算方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011,35(14)：36-42. Luo Zhuowei，Hu Zechun，Song Yonghua，et al.Study on plug-in electric vehicles charging load calculating[J].Automation of Electric Power Systems，2014，2(6)：36-42.

[23] 劉志鵬，文福拴，薛禹勝.電動(dòng)汽車充電站的最優(yōu)選址和定容[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012,36(3)：54-59. Liu Zhipeng，Wen Fushuan，Xue Yusheng，et al. Optimal siting and sizing of electric vehicle charging stations[J].Automation of Electric Power Systems，2012，36(3)：54-59.

[24] 徐凡，俞國(guó)勤，顧臨峰，等.電動(dòng)汽車充電站布局規(guī)劃淺析[J].華東電力，2009，37(10)：1679-1682. Xu Fan，Yu Guoqin，Gu Linfeng，et al.Tentative analysis of layout of electrical vehicle charging stations[J].East China Electric Power，2009，37(10)：1679-1682.

(編輯：張媛媛)

Distribution Network Planning System Adapted to Electric Vehicle Development

HAN Feng，SONG Yi，XUE Zhenyu

(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

Electric vehicles (EV) is revolutionary technology with clean energy instead of traditional energy, which attract attention in worldwide. Under the background of the rapid development of electric vehicles (EV), this paper analyzes consumption behavior and developing route of EV. Firstly, effect of EV connecting into distribution network was analyzed. Secondly, challenges to distribution network planning were presented. Finally, adaptive planning system of distribution network was proposed, which adapted to EV development. This achievement could give a guide to research direction and key point for planning and design of distribution network with large-scale EV load connection.

electric vehicle(EV); EV consumption behavior; charging mode; adaptive planning

TM 715; U 469.72

A

1000-7229(2015)07-0040-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.07.005

2015-04-06

2015-06-15

韓豐(1962)，女，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、新能源接入等領(lǐng)域研究工作；

宋毅(1977)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事配電網(wǎng)規(guī)劃、電動(dòng)汽車接入等領(lǐng)域的研究工作；

薛振宇(1983)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事配電網(wǎng)規(guī)劃、電動(dòng)汽車接入等領(lǐng)域的研究工作。