基于電動汽車接入對配電網(wǎng)運行及效益探討

張學平（安徽省電力公司，合肥市230022）

基于電動汽車接入對配電網(wǎng)運行及效益探討

張學平（安徽省電力公司，合肥市230022）

本文結(jié)合安徽地區(qū)配電網(wǎng)對電動汽車負荷接入配電網(wǎng)影響進行探討，給出了電動汽車接入配電網(wǎng)的社會效益和經(jīng)濟效益分析，為未來電動汽車負荷接入配電網(wǎng)項目提供理論指導和參考。

電動汽車；配電網(wǎng)；負荷特性；社會效益；經(jīng)濟效益

引言

電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與推廣是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排的重要途徑。實際中大量的電動汽車接入配電網(wǎng)時，會對配電網(wǎng)的運行帶來較大的影響[1]。同時，電動汽車充電負荷具有一定的隨機性，使得配電網(wǎng)規(guī)劃所考慮的問題更加復雜。因而，電動汽車接入配電網(wǎng)的研究對配電網(wǎng)規(guī)劃具有十分重要的意義[2]。

1 電動汽車充電負荷影響因素

電動汽車充電負荷主要受電動汽車類型、能量供給模式、汽車保有量、電池特性以及電動汽車充電模式等因素影響。

常規(guī)能量供給模式又叫慢速充電模式或常規(guī)充電模式，其特點是充電持續(xù)時間較長，充電功率較小。常規(guī)能量供給模式一般采用小電流恒壓或恒流的充電方式對電動汽車進行充電，充電功率較為穩(wěn)定。快速能量供給模式又稱應急充電或者快速充電，一般需要使用專門的直流充電機對電動汽車進行充電，其原理是以較大的電流對電動汽車進行快速短時的充電。更換電池模式簡稱換電池模式，即在動力電池電量即將或者己經(jīng)耗盡時將其取下，換上充滿電的電池組。

不同類型電動汽車應根據(jù)實際情況，選擇不同能量供給模式進行充電。各供給模式的對比如表1。

表1 電動汽車能量供給模式的綜合比較

2 電動汽車接入對配電網(wǎng)負荷特性影響

電動汽車充電負荷特性與其充電模式密切相關(guān)，按照電動汽車與電網(wǎng)的互動程度，其充電模式可分為：

（1）即插即充模式。根據(jù)使用者習慣，電動汽車完全可以在任何時刻接入電網(wǎng)進行充電，基本不考慮電網(wǎng)的運行特性。

（2）夜間充電模式。電動汽車在夜間特定時段進行充電，等效充電負荷缺乏與電網(wǎng)的互動和優(yōu)化。

（3）智能單向有序充電模式。在夜間充電模式的基礎上，電動汽車通過與電網(wǎng)的實時通信，實現(xiàn)其充電負荷與電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)控制，但不具備向電網(wǎng)反送電力的能力。

（4）智能雙向有序充放電模式，又稱電動汽車接入電網(wǎng)模式。其在V1G模式的基礎上，電動汽車可作為電能存儲或備用電源設備，在用電高峰時段或電網(wǎng)故障等緊急情況下向電網(wǎng)反送電力進行支援。

到2020年，預計安徽省電動汽車充換電站達到218座（其中換電站83座，充電站135座），分散充電樁達到4407個。以換電站集中在白天運行，充電站集中在夜間運行，充電樁在全天內(nèi)平均運行為例，每座充換電站充電負荷0.03MW，每個充電樁充電負荷0.005MW。

由于負荷容量相對較小，電動汽車接入前后，電網(wǎng)負荷特性曲線基本重合。因此電動汽車對電網(wǎng)負荷的影響主要表現(xiàn)在：

（1）電動汽車的規(guī)模發(fā)展對電網(wǎng)來說可謂機遇與挑戰(zhàn)并存，無序充電將對電網(wǎng)帶來沖擊，智能充電則能優(yōu)化電網(wǎng)的運行。

（2）好地發(fā)揮電動汽車綜合效益，更有利于電網(wǎng)的發(fā)展和運行，能大力推動智能充電的發(fā)展和應用，充分發(fā)揮電動汽車整體削峰填谷作用。

（3）采用智能V2G模式，電網(wǎng)的運行特性和運行效率將得到明顯改善。

3 電動汽車接入對配變設備及運行的影響

電動汽車接入對電網(wǎng)的影響因素主要是電動汽車的普及程度、電動汽車的類型、電動汽車的充電時間、電動汽車的充電方式以及電動汽車的充電特性。

針對上述各個影響因素，電動汽車帶來的影響主要表現(xiàn)如下：

3.1 電動汽車對系統(tǒng)削峰填谷的影響

隨著PWM整流技術(shù)在電動汽車充放電領域的應用和發(fā)展，可以通過控制驅(qū)動信號，靈活改變電動汽車的角色，作為負荷或分布式電源。在用電高峰時，將儲存在電動汽車蓄電池中的能量反饋給電網(wǎng)；在負荷低谷時，給蓄電池充電，相當于抽水蓄能電廠將水從低水位抽到高水位，儲存電能。

3.2 電動汽車對調(diào)頻服務的影響

《動力系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)程》規(guī)定，系統(tǒng)頻率偏差不能超過0.5Hz，并要求調(diào)頻電源10s內(nèi)響應。由于水電廠相比火電廠啟停迅速靈活，目前我國基本采用抽水蓄能電站承擔調(diào)頻任務。但抽水蓄能電站建站對環(huán)境要求高，并且投資較大，隨著電動汽車充放電技術(shù)逐漸成熟，自動化程度相對更高，電動汽車在未來有可能代替水電站承擔一定的調(diào)頻服務。

3.3 電動汽車對電能質(zhì)量的影響

目前，大量電動汽車接入電網(wǎng)的影響主要集中于諧波問題。針對充電設備帶來的諧波污染，可提出以下對策：

（1）貫徹執(zhí)行與諧波相關(guān)的國家標準，從總體上控制供電系統(tǒng)諧波水平。

（2）增加換流裝置的相數(shù)，換流裝置是主要的諧波源之一，當脈動數(shù)由6增加到12時，可以大大降低諧波電流有效值。

（3）增裝無功補償裝置，提高系統(tǒng)承受諧波的能力。

（4）加裝濾波裝置。對諧波污染可采用就地治理的辦法，在充電站（機）就地完成諧波治理工作，探索在未來充電站建設中應用綠色充電機 （充電過程中能夠有效抑制諧波且功率因數(shù)較高的充電機）治理諧波。

4 電動汽車接入對配電網(wǎng)效益分析

4.1 社會效益

4.1.1 產(chǎn)業(yè)鏈帶動效應

依托既有基礎，大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)，通過示范帶動效應培育電動汽車市場，拉動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成完整的技術(shù)創(chuàng)新、市場成熟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)鏈。

4.1.2 “以電代油”效益

與傳統(tǒng)汽車相比，節(jié)能與新能源汽車節(jié)能減排效果顯著。假設煤電占總發(fā)電量100%，每燃燒1L汽油排放的二氧化碳約為2.3kg，每生產(chǎn)1度電排放的二氧化碳約為0.87kg（供電煤耗為320g），減排效果十分明顯。

4.2 經(jīng)濟效益

電動汽車接入對配電網(wǎng)帶來的經(jīng)濟效益可根據(jù)規(guī)劃遠期的電量效益來評估。2015年安徽省電動汽車總規(guī)模達到1.4萬輛。根據(jù)預測，到2020年總規(guī)模將達到14.2041萬輛。

電動汽車的發(fā)展可給電力部門帶來廣闊的新增電力消費市場，經(jīng)濟效益將十分可觀。電動汽車目前正處于大規(guī)模商業(yè)應用的前夕，電網(wǎng)公司應高度關(guān)注電動汽車的發(fā)展狀況。

5 結(jié)論

本文主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)電動汽車充電要求選擇最佳的充電模式，可更好地滿足電動汽車接入需求。

（2）小容量的電動汽車接入對電網(wǎng)負荷特性影響極小。當電動汽車大量接入后，“即插即用”式的無序充電將對電網(wǎng)帶來沖擊，而采用智能V2G模式可有效改善電網(wǎng)的運行特性和運行效率，發(fā)揮電動汽車對電網(wǎng)負荷的削峰填谷作用。

（3）電動汽車的推廣發(fā)展在汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展及節(jié)能減排方面均具有良好的社會效益，同時增加全社會用電需求，加之政策的推動作用，可提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。

[1]馬玲玲，楊 軍，付 聰，等.電動汽車充放電對電網(wǎng)影響研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2013，41（3）：140～148.

[2]胡澤春，宋永華，徐智威.電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J].中國電機工程學報，2012，32（4）：1～10.

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