電動汽車充電設施融入電網(wǎng)若干關鍵問題與研究策略

摘 要：由于世界性的能源危機和環(huán)境污染，電動汽車的大發(fā)展已勢在必行，與之相關聯(lián)的電動汽車充電設施建設與運營也正方興未艾。作為一種全新的負荷，充電設施對電網(wǎng)的影響不容小覷。文章分析了電網(wǎng)應對充電設施必須解決的若干關鍵問題，并在此基礎上提出了開展研究工作可行的分析方法與展開策略，以便于從規(guī)劃、基建、運行、營銷多個層面適應充電設施這一新型負荷。

關鍵詞：電動汽車；充電設施；規(guī)劃；電網(wǎng)

1 概述

電動汽車是未來交通運輸?shù)闹饕l(fā)展方向之一。相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃式汽車，電動汽車的推廣是應對能源短缺、環(huán)境污染、城市噪音等系列問題的有效手段[1]。2015年10月9日，發(fā)展改革委等四部委下發(fā)《關于印發(fā)〈電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南（2015-2020年）〉的通知》（發(fā)改能源〔2015〕1454號），明確要求東部12省市為加快發(fā)展省市，要求2020年前新建充換電站7400座、充電樁250萬個。充電設施的大力建設，使電網(wǎng)在運行、規(guī)劃、建設、營銷層面面臨一系列亟待解決的問題[2]。

2 亟待解決的若干關鍵問題

為了更好地適應電動汽車充電設施對電網(wǎng)的影響，有以下幾個方面的問題亟待解決。

（1）必須全面掌握充電設施的負荷特性和負荷需求，進而分析判斷電網(wǎng)分區(qū)域分時段負荷承載能力，為電網(wǎng)規(guī)劃建設提供需求導向。（2）必須尋求在現(xiàn)有電網(wǎng)供電能力和逐年有限資金投入條件下最大程度滿足電動汽車供電需求的規(guī)劃建設方案[3]。（3）必須尋求結合區(qū)域電網(wǎng)特點和電動汽車發(fā)展方向的充電站、充電樁合理化布局定容策略。（4）必須尋求有序的充電管理模式，減小電動汽車發(fā)展對電網(wǎng)承載力的影響。（5）必須掌握充電設施分階段發(fā)展趨勢，追蹤國內(nèi)外相關城市發(fā)展現(xiàn)狀和前沿，為區(qū)域電網(wǎng)長期規(guī)劃決策作出理論鋪墊和實踐依據(jù)。（6）必須尋求適合特定區(qū)域和電網(wǎng)特點的充電設施之間、充電設施和用戶之間“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同模式。（7）必須實時跟蹤V2G技術進展，掌握間歇性能源、智能電網(wǎng)、汽車儲能之間能量互動的未來模式，為電網(wǎng)長遠規(guī)劃或申報相關示范工程提供參考。（8）必須探討充電設施大規(guī)模融入給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來的一系列潛在風險。

3 區(qū)域電網(wǎng)應對電動汽車充電設施發(fā)展的研究方向

3.1 充電設施負荷特性和負荷需求

電動汽車大規(guī)模應用后，必然形成新的負荷和電量增長點。對負荷需求的預測方法探求的前提是充分掌握充電設施的負荷特性。負荷特性主要包含該種負荷在時間和空間上的特性，以及該種負荷在個體行為和群體性行為兩個層面上的統(tǒng)計規(guī)律。影響充電設施負荷特性的因素包括電動汽車本體電池特性、電動汽車用途、駕車人自身出行行為特性、駕車人心理、城市充電設施建成規(guī)模、城市經(jīng)濟發(fā)展程度等多個方面?；谪摵傻臅r空二維特性，可以研究帶有區(qū)域特點的充電設施負荷預測方法。統(tǒng)計負荷總量主要依據(jù)電動汽車保有量及類型，而影響負荷發(fā)展進程的因素是多方面的，除去政府的推動強度外，還包括出行人的主觀意愿及電動汽車與燃油汽車性價比較等。

3.2 配電網(wǎng)規(guī)劃建設高效應對充電設施用電需求方法

電網(wǎng)規(guī)劃的前提是負荷預測與現(xiàn)狀評估[4]。在預測充電設施負荷之后，結合電網(wǎng)現(xiàn)狀，可對電網(wǎng)承載能力做出相應評估。對于改造升級困難地區(qū)，應根據(jù)上述負荷特性研究，得出車樁配比度、快充慢充配比度的最佳值，開展有效的建設引導。同時，根據(jù)改造困難地區(qū)的現(xiàn)實情況，提出相應電網(wǎng)配套上的解決方案。在綜合考慮充電站服務半徑、交通密度、需求分布、用戶路程損耗、城市總體規(guī)劃、配電網(wǎng)承載能力等因素的前提下，研究充電站選址定容的一般方法，為對接政府部門充電設施布局規(guī)劃提供理論依據(jù)?？裳芯恐T如總體容量與充電設施需求協(xié)調(diào)問題、充電設施布局與配電規(guī)劃協(xié)調(diào)問題、局部配電網(wǎng)約束下最優(yōu)供電問題，以及電能質(zhì)量、諧波治理方面的設備要求。研究換電站在發(fā)揮抽水蓄能電站同類削峰填谷作用方面在區(qū)域電網(wǎng)的可行性。

3.3 引導用戶有序充電策略

隨著用電負荷的持續(xù)上升和電動汽車的普及，峰上加峰和峰谷差加大的現(xiàn)象有愈演愈烈的勢頭。因此，必須研究相應的引導措施，綜合運用經(jīng)濟上和技術上的方法使得電動汽車集聚性的充電行為步入有序狀態(tài)[5]。在研究有序充電策略時應遵循下列原則：（1）以滿足用戶充電需求為前提，引導措施不致影響用戶對電動汽車的使用。（2）不影響電動汽車的普及和推廣。（3）引導措施不導致供電企業(yè)在經(jīng)濟上的損失。

3.4 充電設備技術及V2G技術最新進展和發(fā)展趨勢

科學技術的日新月異決定了充電設施負荷特性的不確定性，從而要求電網(wǎng)規(guī)劃工作者實時跟蹤充電設施發(fā)展進展，以便及時調(diào)整電網(wǎng)規(guī)劃建設方案。應在大量參考國內(nèi)外報告的基礎上，運用市場調(diào)查、廠家調(diào)研等手段，得出電動汽車及其充電設施的最新研究進展和發(fā)展趨勢，參照國內(nèi)外同等發(fā)達程度城市、較本地區(qū)發(fā)達的城市的充電設施及其V2G技術應用狀況和發(fā)展規(guī)劃，分階段地得出本地區(qū)該種負荷的預期發(fā)展狀況，為地區(qū)電網(wǎng)長遠規(guī)劃決策提供參考。

3.5 “互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”時代充電設施網(wǎng)絡互動機制

研究適合本地區(qū)的“互聯(lián)網(wǎng)+充電基礎設施”模式，圍繞當?shù)赜脩粜枨?，研究運用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術以提供充電導航、狀態(tài)查詢、充電預約、費用結算等服務，進而提高充電服務智能化水平、提升運營效率和用戶體驗、促進電動汽車與智能電網(wǎng)間能量和信息的雙向互動的多種策略的可行性、經(jīng)濟性、便利性，研究電池管理系統(tǒng)、充電樁站管理系統(tǒng)、駕駛人之間的互聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)動協(xié)調(diào)機制，以最大程度承載充電設施負荷需求。

3.6 電動汽車高滲透率條件下區(qū)域電網(wǎng)潛在影響

電動汽車充電行為具有不確定性，大量充電負荷接入電網(wǎng)必定會對電網(wǎng)帶來較大影響，與之相關的分析和計算、充電設施規(guī)劃、充電負荷與新能源的協(xié)同調(diào)度等相關問題都是區(qū)域電網(wǎng)面臨的突出問題?？蓮膬蓚€方面探討高滲透率下電動汽車對地區(qū)電網(wǎng)的潛在影響，一是研究電動汽車充電行為對電網(wǎng)的影響，二是研究電動汽車放電行為對電網(wǎng)的影響，并從發(fā)電、輸電、配電3個層面分析電動汽車對電力系統(tǒng)的影響，綜合考慮充電設施接入后系統(tǒng)安全降低、網(wǎng)絡阻塞、電能質(zhì)量惡化、網(wǎng)損增加等負面因素。應采用典型案例的模式對該問題進行分析研究。

4 結束語

現(xiàn)階段正處于電動汽車發(fā)展初期，動力電池技術路線、充電設施制造標準、充電設施建設運營模式等尚不清晰，或處于不斷更新發(fā)展中，因此相關問題的研究不可能一蹴而就，這也意味著深入研究這些課題也存在較大空間。隨著時間的推移，研究對象的特性將越來越明晰，研究結論將更適應電網(wǎng)的實際情況，也能為電動汽車發(fā)展提供強有力的支持。

參考文獻

[1]陳良亮，張浩，倪峰，等.電動汽車能源供給設施建設現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35（14）：11-17.

[2]胡澤春，宋永華，徐智威，等.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.

[3]范永根，錢維忠.電動汽車充電設施規(guī)劃和建設的探討[J].華東電力，2010，38（11）：1671-1674.

[4]郭春林，肖湘寧.電動汽車充電基礎設施規(guī)劃方法與模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（13）：70-75.

[5]李秋碩，肖湘寧，郭靜，等.電動汽車有序充電方法研究[J].電網(wǎng)技術，2012，36（12）：32-38.