電動汽車對電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問題

吳爽 高怡楠

【摘要】在過去的許多年間，電動汽車作為一種新型的汽車種類，不僅引起了各界的廣泛關(guān)注，而且在科技研發(fā)中獲得了巨大的進(jìn)步。因此本文首先主要從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境友好性、政策支持、技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性等方面討論了電動汽車對電力系統(tǒng)的影響，之后對電動汽車對電力系統(tǒng)的正反兩方面影響進(jìn)行分析，并且討論了相對應(yīng)的電動汽車的調(diào)度與控制問題。

【關(guān)鍵詞】電動汽車;電力系統(tǒng);容量;安全性

電動汽車在國內(nèi)外市場已經(jīng)興起許久，相較于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車，電動汽車具有很大的優(yōu)勢和亮點(diǎn)。但是，與內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)展規(guī)律相似，電動汽車在開始風(fēng)靡市場的初始階段也存在諸多問題，例如電力系統(tǒng)動力不足、電池容量難以滿足要求、使用時間較短等。很難與石油燃料所具有的易于輸送、動力強(qiáng)勁等優(yōu)點(diǎn)相提并論。但在過去的幾年中，隨著研發(fā)人員對電池和電力系統(tǒng)的改進(jìn)，使得電動汽車獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步。

1、電動汽車對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響

1.1電動汽車對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的正反影響

電動汽車的廣泛應(yīng)用對電力系統(tǒng)各方面的性能產(chǎn)生了更高的要求，從而電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和安全性能都急需提高和加強(qiáng)。越來越多的電動汽車作為用電設(shè)備接入到電力系統(tǒng)中以后，巨大的用電量和復(fù)雜的用電結(jié)構(gòu)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行必將產(chǎn)生巨大的影響。通常，這種影響是具有兩面性的，一方面是電動汽車進(jìn)入家庭用電系統(tǒng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響，主要是在經(jīng)濟(jì)方面，電池的超大容量所使用的電量將會成為家庭財政支出的一筆重要負(fù)荷。而對于電力供應(yīng)系統(tǒng)來講，需要通過各種合理的方法來增加電力輸出，以滿足居民和企業(yè)對電力使用量的要求。同時在一天中的用電高峰期，則可能產(chǎn)生居民集中對電動汽車充電等情況，導(dǎo)致電壓不足、集體斷電等問題。另一方面，電動汽車也會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生一定的積極影響，除了促進(jìn)供電公司的效率改進(jìn)，增加電力供應(yīng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益之外，更重要的是在節(jié)能減排對環(huán)境保護(hù)所發(fā)揮的積極作用。

1.2電動汽車對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的負(fù)載

電動汽車通過從電力系統(tǒng)對電池進(jìn)行充電來獲得動能儲備，在運(yùn)行過程中汽車再將電池中儲存的電能釋放，轉(zhuǎn)換為汽車行駛的動能，因此要保證電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性就必須研究電動汽車對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)荷大小 [1]。

關(guān)于研究方法，可以采用蒙特卡洛模擬方法對充電過程中的實(shí)際功率大小進(jìn)行研究。為了保證研究的普適性和一般性，需要對不同標(biāo)準(zhǔn)下的電動汽車的性能和要素進(jìn)行研究，一般應(yīng)該通過繪制曲線圖增加研究結(jié)果的直觀性。另外，當(dāng)前國際上所使用的電動汽車的電池主要包括鋰離子電池和鉛酸電池兩種，因此要分別研究兩種電池充電時電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的負(fù)載大小曲線和其他特性。

2、電動汽車充放電對電力系統(tǒng)的影響

電動汽車作為一種新型的由電力驅(qū)動的駕駛工具，將逐漸在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中占有重要的角色。在部分發(fā)達(dá)國家中，電動車所占的電力系統(tǒng)負(fù)載已經(jīng)高達(dá)7%～10%。研究表明，假如不能合理地安排這些電動汽車的充放電問題，將會給電力系統(tǒng)造成巨大的不利影響。因此，必須對電動汽車的充電問題進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以適應(yīng)電力系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)[2]。

而最新研究表明，夜間充電不僅可以增加電池的使用壽命，同時提高電力系統(tǒng)的使用效率，但同時也可能會大幅度增加配電系統(tǒng)的損耗，惡化能源利用的效率。除此之外，在較高的電池滲透率的情況下，將可能會改變電力系統(tǒng)的負(fù)載曲線，引起局部電路功率下降。將電動汽車駕駛和電力系統(tǒng)狀況相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)的仿真模擬，獲得相應(yīng)的仿真曲線可以對電動汽車對供電系統(tǒng)的影響進(jìn)行較為有效合理的研究。

電動汽車充放電時對電力系統(tǒng)的影響主要包含電力配送、電力運(yùn)輸、供電發(fā)電三個主要方面。對于現(xiàn)有的輸電系統(tǒng)和輸電線路，雖然總體的發(fā)電量可能能夠滿足整個區(qū)域的用電容量，但是其線路寬裕度可能并不足夠。因此必須考慮通過電動汽車的儲能功能來平衡電力系統(tǒng)的再生能源問題，進(jìn)行電壓和用電功率的調(diào)控。

3、電動汽車的控制和調(diào)度現(xiàn)狀研究

在當(dāng)前的研究狀況中，科技界已經(jīng)廣泛認(rèn)識到要解決電動汽車對電力系統(tǒng)的不利影響，更好的推進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須探索出先進(jìn)的對電動汽車的控制和調(diào)度模式。針對這類問題，學(xué)術(shù)界已經(jīng)建立了旨在減小配電系統(tǒng)損耗和電壓波動的解決模型，其中包含了對電力負(fù)載的實(shí)時監(jiān)測和相應(yīng)約束。并且提出供電系統(tǒng)可以制定浮動階段電價，鼓勵電動汽車用戶在一天中電價最低的時間段進(jìn)行充電并且配合使用調(diào)壓設(shè)備，以保證電壓的穩(wěn)定性，提高對電力能源的使用率，降低經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3]。

除此之外，為解決電動汽車對電力系統(tǒng)的控制和調(diào)度問題，結(jié)合傳統(tǒng)的控制優(yōu)化模式，建立了新的解決方案，由于電動汽車的控制和調(diào)度是一個整體，所以必須結(jié)合起來進(jìn)行研究[4]。電動汽車的控制和調(diào)度主要是為了平衡電動汽車在充電和放電過程中對電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生的影響，當(dāng)前最有效的解決方法是通過分區(qū)分層的模式進(jìn)行調(diào)控，通過局部的計(jì)算機(jī)算法在每個層和每個區(qū)塊內(nèi)尋求能夠有效調(diào)控的局部最優(yōu)解，并且將得到的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真的數(shù)據(jù)分析，首先找到第一個有效的節(jié)點(diǎn)，然后通過第一個節(jié)點(diǎn)逐層深入，尋找其他的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)建出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，通過精確的數(shù)字分析來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化調(diào)度。

結(jié)語：

研究電動汽車對電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問題對促進(jìn)電動汽車這項(xiàng)可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。隨著全球環(huán)境的不斷惡化，許多國家都相繼出臺了相應(yīng)的政策鼓勵推進(jìn)電動汽車的研究和發(fā)展。電動汽車的推廣不僅能夠增加環(huán)境效益，而且能夠有效保證能源安全。但同時也存在許多負(fù)面問題，因此必須重視對電動汽車在電力系統(tǒng)中的調(diào)度和控制等問題的研究，促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)快速高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙爭鳴，劉方，陳凱楠. 電動汽車無線充電技術(shù)研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報，2016，31（20）：30-40.

[2]李志偉，趙書強(qiáng)，劉應(yīng)梅.電動汽車分布式儲能控制策略及應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（2）：442-450.

[3]王璟，王利利，郭勇，等.計(jì)及電動汽車的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（17）：111-117.

[4]賈龍，胡澤春，宋永華，等.儲能和電動汽車充電站與配電網(wǎng)的聯(lián)合規(guī)劃研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2017，37（1）：73-83.

作者簡介：

吳爽，國網(wǎng)浙江樂清市供電有限公司，浙江樂清;

高怡楠，國網(wǎng)浙江樂清市供電有限公司，浙江樂清。