淺析電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響及應(yīng)對(duì)

林建軍 黃 朵

（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州 362000）

從目前的情況來(lái)看， 電動(dòng)汽車(chē)主要是以電作為驅(qū)動(dòng)力， 實(shí)現(xiàn)了零排放污染的目標(biāo)， 相關(guān)的能源來(lái)源也比較多樣， 通過(guò)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)， 有效的解決了環(huán)境污染的問(wèn)題以及能源短缺的問(wèn)題。 因此， 電動(dòng)汽車(chē)得到了很多國(guó)家的廣泛關(guān)注， 在未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)上也占領(lǐng)了很大的優(yōu)勢(shì)。 不過(guò)， 當(dāng)大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的時(shí)候， 短期內(nèi)會(huì)在一定程度上給電力系統(tǒng)帶來(lái)一些不利的影響， 會(huì)在一定程度上影響電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 所以， 對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)相關(guān)電力系統(tǒng)影響進(jìn)行相關(guān)的研究分析， 并且制定一些相關(guān)的解決措施，進(jìn)而化弊為利是非常有意義的。

1 電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用意義

目前，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的飛快，電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)具有高儲(chǔ)密度的電池， 相關(guān)的性能也被大大的提高， 被大量的開(kāi)發(fā)利用。 并且隨著電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)技術(shù)難題被解決，另外，在環(huán)境問(wèn)題以及能源短缺的壓力之下，相關(guān)的電動(dòng)企業(yè)得到了快速的推廣[3]。

首先，電動(dòng)汽車(chē)的成本非常低，相對(duì)于燃油汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)每千米花費(fèi)的成本還不到燃油汽車(chē)的三分之一。 所以，在電動(dòng)汽車(chē)的投資方面，相對(duì)于燃油汽車(chē)顯出了很大的優(yōu)勢(shì)。

其次，我國(guó)的石油儲(chǔ)備并不是很豐富，并且大量的開(kāi)采使得我國(guó)的石油儲(chǔ)備變得匱乏， 所以電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)給我國(guó)帶來(lái)了很大的益處， 最起碼保障我國(guó)的能源問(wèn)題， 雖然目前還不能完全擺脫對(duì)石油的依賴(lài)，但是電動(dòng)企業(yè)的出現(xiàn)在很大程度上減輕了相關(guān)能源的壓力。

再次，對(duì)于歐洲某些國(guó)家的電力公司而言，特別是德國(guó)， 由于電力需求不足、 反常的溫暖天氣以及充足的風(fēng)能為電網(wǎng)提供了豐富的風(fēng)電等方面的影響， 其現(xiàn)貨電價(jià)甚至出現(xiàn)了負(fù)電價(jià)， 而電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用可以在很大程度上增加德國(guó)等國(guó)家的電力需求量， 促進(jìn)了其儲(chǔ)存和積壓電力資源的使用， 因此在這些國(guó)家用電不但不需要錢(qián)， 還可以從電力公司那拿到補(bǔ)助。 這正是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)推動(dòng)電力系統(tǒng) （因?yàn)槟壳半娏ο到y(tǒng)具有電能無(wú)法大量經(jīng)濟(jì)性?xún)?chǔ)存的技術(shù)難點(diǎn)） 安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中最積極，也是最有利的影響之一。

最后，電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)并且被廣泛推廣，也就是說(shuō)少了汽車(chē)尾氣的排放， 在很大程度上減輕了溫室效應(yīng)帶來(lái)的影響。 另外， 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展還可以減少相對(duì)人口較多城市的空氣污染。 總體來(lái)說(shuō)， 電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響

隨著我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量正處于快速增長(zhǎng)的重要時(shí)期，其用電負(fù)荷特性具有隨機(jī)性、間斷性、非線性等新特點(diǎn)，因此對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，具體內(nèi)容如下：

隨著我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的不斷增長(zhǎng)， 雖然在很大程度上減緩了對(duì)石油等能源帶來(lái)的壓力， 但是伴隨而來(lái)的則是對(duì)電力能源的大量要求， 由此可能會(huì)由于大量充電汽車(chē)的充電而對(duì)電力系統(tǒng)造成確定性的趨勢(shì)性增長(zhǎng)負(fù)荷， 造成供用電負(fù)荷增大及擴(kuò)容等問(wèn)題的發(fā)生。 一般情況下，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電來(lái)說(shuō)，其具備著隨機(jī)性和間接性的特點(diǎn)， 而其對(duì)電力系統(tǒng)的影響也主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1） 首先是對(duì)配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。 從目前的情況來(lái)看， 我國(guó)大多數(shù)電動(dòng)車(chē)均是采用快充模式充電， 當(dāng)處于用電低峰期時(shí)， 對(duì)配電系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響微乎其微， 甚至有利于電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行， 如上述的德國(guó)負(fù)電價(jià)現(xiàn)象。 但是當(dāng)處于用電高峰期時(shí)， 大量電動(dòng)汽車(chē)的集中充電就會(huì)在很大程度上導(dǎo)致出現(xiàn)變壓器等電氣設(shè)備、 線路超負(fù)荷的現(xiàn)象， 進(jìn)而造成電功率損耗以及電壓偏移加大等問(wèn)題的出現(xiàn)；

（2）其次，會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)成本的提高。 相關(guān)學(xué)者的研究表明， 當(dāng)用戶(hù)在處于用電高峰期時(shí)為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，因要相應(yīng)的擴(kuò)容升級(jí)改造，配電系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)成本就會(huì)相應(yīng)上浮至少20%以上，而且這種增加幅度是隨著用電負(fù)荷的增加而得到進(jìn)一步的提升；

（3）最后，則是導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降。 當(dāng)在用電高峰期對(duì)電動(dòng)汽車(chē)等非線性電力負(fù)荷 （儲(chǔ)能電池） 進(jìn)行充電時(shí)， 會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)一定的高次諧波負(fù)荷，這不僅造成了電能質(zhì)量的降低（波形指標(biāo)），還將造成變壓器等相關(guān)設(shè)備損耗增大而造成額外的溫升，影響設(shè)備及電纜的絕緣壽命， 同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致電壓降低、電力損耗增加等問(wèn)題的出現(xiàn)。

但在具體分析， 不同的充電模式對(duì)電力系統(tǒng)的影響分析有所不同。

由于電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量在不斷增加，若不加引導(dǎo)，則無(wú)序充電將可能是常態(tài)， 發(fā)生的次數(shù)也越來(lái)越多， 這種模式會(huì)在很大程度上降低電力系統(tǒng)的電力負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)， 進(jìn)而造成配電系統(tǒng)運(yùn)行效率的降低， 同時(shí)還會(huì)在很大程度上增加電網(wǎng)負(fù)載問(wèn)題的出現(xiàn)幾率， 較大程度改變了原有配電系統(tǒng)的既有負(fù)荷特點(diǎn)及運(yùn)行模式，也將影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性、 穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

與無(wú)需充電截然不同的是， 有序充電模式實(shí)際上就是指找用電低峰期進(jìn)行大量電動(dòng)汽車(chē)的充電， 這樣一來(lái)可以有效平衡低峰期和高峰期的用電負(fù)荷， 提高了負(fù)荷率， 有時(shí)還能起到儲(chǔ)能的功效， 增加了電力需求側(cè)管理的新手段， 進(jìn)而減少電力系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)，這對(duì)整個(gè)社會(huì)的合理用電、科學(xué)用電、節(jié)約用電均有好處，真正起到和諧供用電。

電力系統(tǒng)造成一定的沖擊， 進(jìn)而影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 降低電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電力系統(tǒng)不利影響的應(yīng)對(duì)措施

3.1 加大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充放電技術(shù)的基礎(chǔ)研究

相關(guān)部門(mén)需要充分的做好充電設(shè)施的規(guī)劃， 相關(guān)的放電策略以及相應(yīng)的電力系統(tǒng)的智能控制， 并且需要加大在這些方面的研究力度。 另外， 還需要分析當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在充電以及放電的時(shí)候?qū)ο嚓P(guān)電力系統(tǒng)的影響， 從而制定出優(yōu)化的充電以及放電的策略， 進(jìn)而保證相關(guān)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.2 采用電池租賃的等新型商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式

目前，在各地公共交通領(lǐng)域，普通燃油公交車(chē)大都已被電動(dòng)公交車(chē)所率先取代， 因?yàn)殡妱?dòng)公交車(chē)可以實(shí)現(xiàn)集中化的管理， 它的運(yùn)行規(guī)律相對(duì)明顯， 負(fù)荷容易定量預(yù)測(cè)， 因此可以考慮實(shí)行電池租賃的方式作為相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)模式。 采用更換電池的方式來(lái)代替電動(dòng)公交車(chē)直接充電， 這樣的話， 在很大程度上不僅可以提高公交交通的運(yùn)行效率， 還可以改善電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電給電力系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響。

3.3 改革電價(jià)制度，建立分時(shí)充電電價(jià)

電力市場(chǎng)的改革一直是個(gè)難題， 而分時(shí)電價(jià)是市場(chǎng)化的重要標(biāo)志之一。作為21 世紀(jì)新能源革命的重要引領(lǐng)方向， 電動(dòng)汽車(chē)無(wú)疑是首當(dāng)其沖。 相信在不久的將來(lái)， 電動(dòng)汽車(chē)將進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)， 而作為家庭或個(gè)人擁有者， 人們的習(xí)慣往往難以變更， 充電的時(shí)候主要是根據(jù)自身的需求采用無(wú)序放電的形式。 因此， 為了降低無(wú)序充電給電力系統(tǒng)帶來(lái)的直接影響， 所以，需要合理的引導(dǎo)相關(guān)的用戶(hù)在電力系統(tǒng)負(fù)荷的時(shí)候進(jìn)行充電， 這樣的話就可以有效的避免了在電力系統(tǒng)峰負(fù)荷的時(shí)候充電， 另外還需要建立不同時(shí)段充電的價(jià)格。 在高峰負(fù)荷的時(shí)候充電相對(duì)比較貴， 在低谷負(fù)荷的時(shí)候充電相對(duì)比較便宜。 如果能夠很好的利用充電費(fèi)差價(jià)進(jìn)行引導(dǎo)客戶(hù)充電， 在很大的程度上可以減少電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)的直接影響。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大量的電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題進(jìn)行調(diào)控，在很大的程度上可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的有序充電， 從而減少電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電力系統(tǒng)的影響。 當(dāng)然， 要想實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)有序充電， 有不同方式和方法進(jìn)行考慮。 如果從車(chē)主或者充電對(duì)運(yùn)營(yíng)商的角度進(jìn)行考慮的話，主要就是充電對(duì)成本或者收益等方面進(jìn)行考慮。 如果從相關(guān)的政府部門(mén)進(jìn)行考慮的話， 主要就是從相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)模式或者優(yōu)化的市場(chǎng)機(jī)制等方面進(jìn)行考慮， 通過(guò)這些方面來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行大力的推廣以及應(yīng)用。

要想從根本上實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的有序充電， 主要考慮的就是一個(gè)如何才能做到充電最優(yōu)化的問(wèn)題。 傳統(tǒng)的優(yōu)化模式主要是針對(duì)相關(guān)的確定性系統(tǒng)， 但是電動(dòng)汽車(chē)在充電的時(shí)候是沒(méi)有規(guī)律的，是無(wú)序的，因此，對(duì)有序充電的優(yōu)化模型進(jìn)行考慮更加適用于隨機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看， 在未來(lái)對(duì)有序充電進(jìn)行研究的側(cè)重點(diǎn)以及需要突破點(diǎn)主要是以下幾點(diǎn)。

（1） 需要對(duì)很多的實(shí)際場(chǎng)景以及現(xiàn)實(shí)約束進(jìn)行考慮， 對(duì)相關(guān)的電動(dòng)汽車(chē)的充電對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響概率進(jìn)行圖形模擬。 準(zhǔn)確的把握規(guī)律， 掌握充電時(shí)的不確定性。

（2）對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電的影響過(guò)程進(jìn)行全程模擬，準(zhǔn)確掌握充電時(shí)候的影響過(guò)程。

（3） 相關(guān)的電力公司針對(duì)大量的電動(dòng)汽車(chē)在充電的時(shí)候的相關(guān)決策以及相應(yīng)的規(guī)劃控制進(jìn)行改善，

（4） 相關(guān)的充電站需要根據(jù)自身的地理位置以及充電的時(shí)間段進(jìn)行電費(fèi)的定價(jià)， 這樣的話， 有利于空間以及時(shí)間方面的有序充電。

（5）每個(gè)代理商的模式都是不一樣的，因此需要進(jìn)一步深入的研究電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)模式以及電動(dòng)汽車(chē)的充電價(jià)格，除此之外，電動(dòng)汽車(chē)在參與V2G 模式以及電動(dòng)汽車(chē)在與電網(wǎng)進(jìn)行雙向的互動(dòng)問(wèn)題也是電動(dòng)汽車(chē)在未來(lái)主要研究的一個(gè)方向。

相信電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)會(huì)有一定的短期困擾， 但從世界新能源發(fā)展的大趨勢(shì)與電力系統(tǒng)本身的特殊性（電能不能大量經(jīng)濟(jì)性?xún)?chǔ)存）來(lái)看，具有儲(chǔ)能效益的電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展無(wú)疑將化短期對(duì)電力系統(tǒng)的各種不利為巨大的有利因素 （積極推進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行模式及商業(yè)模式的改革與發(fā)展）。