電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用

馮實

【摘 要】電動汽車技術作為新興的新能源交通技術，受到廣泛的關注。它具有低噪音、高能源利用率、無移動廢棄等優(yōu)勢。未來將有大規(guī)模的電動汽車接入配電網(wǎng)，而當前電動汽車接入電網(wǎng)充電負荷具有一定隨機性和波動性，這對配電網(wǎng)安全可靠運行造成一定的影響。文章在闡述電動汽車發(fā)展的概況后，分析了電動汽車接入對電網(wǎng)的負荷增長、電能質(zhì)量和配電網(wǎng)規(guī)劃等影響。最后，針對這些影響，提出建議。

【關鍵詞】電動汽車；電網(wǎng)；影響；利用

一、研究背景

以某省為例，當前某省出臺了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出要深入開展節(jié)能減排，優(yōu)化電源結構，加快可再生能源發(fā)展；堅持清潔利用，大力發(fā)展光伏發(fā)電，穩(wěn)步推進風電開發(fā)，快速推廣電動汽車應用，逐漸提高電能在能源消耗中的比重；制定并實施《電動汽車充電基礎設施“十三五”專項規(guī)劃》，優(yōu)先建設公交、出租及環(huán)衛(wèi)、物流等公共服務領域充電基礎設施，積極推進居民區(qū)與單位停車位充電樁配建工作，鼓勵有條件的專用充電樁對社會公眾開放，合理布局社會停車場所公共充電基礎設施。結合骨干高速公路網(wǎng)，形成省內(nèi)高速服務區(qū)城際快充網(wǎng)絡，從而進一步推動電動汽車的發(fā)展。同時，為了保證配電網(wǎng)安全可靠及經(jīng)濟運行，我們在對城市配電網(wǎng)進行規(guī)劃時，必須提前考慮到當前及未來配電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，即大量電動汽車的充放電負荷接入，而這些電動車負荷，都具有隨機性、波動性、間歇性和難以預測性。因此，有必要對含電動汽車接入配電網(wǎng)的影響[1]進行分析。

二、電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀

（一）電動汽車充電樁建設現(xiàn)狀

截止到2016年底，該省新能源電動汽車保有量約32150輛，已經(jīng)建成投運的充換電站251座，建設充電樁21521個。

（二）“十三五”期間安徽省電動汽車發(fā)展規(guī)劃

根據(jù)《關于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和推廣應用實踐意見》，2018年初，純電動汽車和插電式混合動力汽車累計銷量要達到7萬輛以上。根據(jù)交通規(guī)劃，“十三五”期間電動汽車總產(chǎn)能60萬輛，計劃推廣電動汽車20萬輛。

2016年投入使用的電動汽車中公交車2891輛、環(huán)衛(wèi)車111輛、私家車23268輛、物流車1540輛、公務車3510輛和出租車1932輛，共計33252輛。因此，基于2016年電動汽車保有量的數(shù)據(jù)，結合該經(jīng)濟、人口、產(chǎn)業(yè)基礎和國家政策支持情況，采用彈性系數(shù)法、千人保有量法預測該省“十三五”年電動汽車的保有量。

2016年該省電動汽車充電量統(tǒng)計如下，公交車充電量約21104億千瓦時，環(huán)衛(wèi)車根據(jù)充電量約810億千瓦時，私家車充電量約5661億千瓦時，物流車充電量約11242億千瓦時，公務車充電量約1281億千瓦時，出租車充電量約1410億千瓦時，共計充電量約為41509億千瓦時。

三、電動汽車接入對電網(wǎng)的影響

（一）負荷的增長

為了進一步研究電動汽車接入對該省電網(wǎng)的影響，首先針對大規(guī)模的電動汽車并網(wǎng)充電的負荷特性進行分析。結合交通信息、電動汽車數(shù)量、充電樁空間分布等數(shù)據(jù)建立充電概率模型。再根據(jù)電動汽車駕駛員主觀決策和客觀停車充電的需求，即得到電動汽車充電的發(fā)生概率。下一步再通過概率分布分析在不同地點的充電起止時間等數(shù)據(jù)，最終利用蒙特卡洛模擬計算電動汽車充電負荷。

本文以私用電動汽車常規(guī)充電模式即慢充的方式為例分析其充電負荷特性。通常慢充時間要4～8個小時，充電功率在3～10kW。

一天中電動汽車的每個小時的行駛里程占比分析，電動汽車一天中主要工作時間在早上7∶00～19∶00之間，通常車主在17∶00～24∶00之間下班回家，即可假設為最后一次行程。根據(jù)相關調(diào)查研究得出的數(shù)據(jù)，普通人私家車的日均行駛里程為40km，假設單程均值在20km左右，單程耗時在1h以內(nèi)。

以1000輛電動汽車為例，采用蒙特卡洛仿真方法在0d80和17

基于前文的負荷特性分析，可預計省最高用電負荷規(guī)模大約5000萬kW，其中電動汽車充電負荷規(guī)模大約占到6%左右，即充電負荷約400萬kW。當充電同時率較高時，即快充車輛比例較高或者在充電高峰時期有大量電動汽車充電，將會造成負荷快速增長，使電網(wǎng)負擔加重，對電力系統(tǒng)的安全可靠運行造成影響。

（二）電能質(zhì)量問題

電動汽車接入對電網(wǎng)造成的電能質(zhì)量問題當前受到廣泛關注。根據(jù)電動汽車充電具有空間特性，若充電站的規(guī)劃建設不合理，當某一站點有大量電動汽車進行充電時，會給電網(wǎng)帶來較大沖擊，造成電壓波動，甚至造成部分區(qū)域過載的情況。

型的充電樁結構中，以電力電子器件組成的逆變器單元為基礎，存在非線性環(huán)節(jié)，在充電過程中會產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

充電諧波依據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出，當電動汽車充電工作3小時，檢測到系統(tǒng)內(nèi)存在7，11，13，15，17，19等奇次諧波，其中以7次和11次諧波含量最大。電動汽車充電樁的輸出諧波的大小與電力電子器件本身開關頻率和輸出濾波器參數(shù)配置有關。

（三）配電網(wǎng)規(guī)劃影響

隨著電動汽車保有量的高速增長，未來該省電網(wǎng)將有大量的直流、交流充電樁和充電站進行規(guī)劃和建設。因此，這對配電網(wǎng)的傳統(tǒng)規(guī)劃造成很大的影響，在考慮電網(wǎng)運行的可靠性、安全性和充電站投資的經(jīng)濟性基礎上，還需要研究電動汽車充電站的空間分布和充放電的負荷模型，即考慮汽車的充放電負荷特性，駕駛習慣、充電規(guī)律和交通狀況等等，從而準確建立電動汽車的充放電模型，支持配電網(wǎng)科學規(guī)劃。

四、電動汽車接入建議

（一）電動汽車有序高效充電

通過對電動汽車充電負荷模型的建立，使得部分可控電動汽車充電負荷參與電網(wǎng)調(diào)控優(yōu)化運行，以電網(wǎng)安全運行和經(jīng)濟性為目標函數(shù)，建立優(yōu)化調(diào)控模型。結合當前的互聯(lián)網(wǎng)+技術、車聯(lián)網(wǎng)平臺，在線引導電動汽車有序充電。同時最大限度的優(yōu)化電動汽車充電效率，使得電動汽車高效充電，降低系統(tǒng)網(wǎng)損，從而提高電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

（二）改善電能質(zhì)量

根據(jù)國家標準《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求，電動汽車充電樁建設與驗收過程要嚴格把控，最大限度地提高電動汽車充電站建成后的電能質(zhì)量驗收標準。加入電能質(zhì)量檢測與分析裝置，對充電站（樁）施行準確和實時監(jiān)測。建議加裝動態(tài)無功補償裝置，解決電動汽車充電造成的電網(wǎng)電壓波動問題。即在充電站并網(wǎng)點加裝動態(tài)無功補償裝置，靜止無功補償裝置或靜止同步補償裝置等。為了抑制電動汽車充電產(chǎn)生的諧波，建議加裝有源濾波裝置。

（三）統(tǒng)籌配電網(wǎng)科學合理規(guī)劃

通過建立電動汽車充電的負荷模型，重新梳理電動汽車充電負荷加入后的區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃模型，進行負荷預測，電力平衡等，充分考慮本地區(qū)電網(wǎng)供電能力，設備水平，盡量使得充換電設施規(guī)劃布局科學合理。

五、總結

隨著社會對環(huán)境污染和氣候變化的持續(xù)關注，有效利用濟潔能源已經(jīng)成為廣泛共識，電動汽車作為新趨勢下的綠色節(jié)能的交通方式已被大家所接受并得到國家政策的鼓勵。電動汽車的動力來自于車載電池，其續(xù)航里程取決于電池的容，電池容量越大，充電機功率就越大，使得電動汽車充電機成為未來電網(wǎng)的主要用電負荷之一。為了提高充電效率，多數(shù)電動車采用直流充電機，充電方式主要為恒流充電，即不管電網(wǎng)電壓偏差如何，在短時間內(nèi)充電功率通過控制維持在一定值。本文闡述了某省電網(wǎng)“十三五”期間電動汽車的發(fā)展概況，對電動汽車接入系統(tǒng)的影響，如負荷增長、電能質(zhì)量和配電網(wǎng)規(guī)劃等進行分析，最后針對這些問題提出建議。省電動汽車的發(fā)展極其迅速，這對當前配電網(wǎng)設施造成一定的挑戰(zhàn)。

【參考文獻】

[1]高賜威，張亮.電動汽車充電對電網(wǎng)影響的綜述[J].電網(wǎng)技術，2011，35（2）：127-131.