電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響研究

趙志剛

摘要：目前能源和環(huán)境是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素，也是當(dāng)今全球范圍內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代社會(huì)化大工業(yè)的產(chǎn)物得到迅速發(fā)展，新增汽車(chē)的數(shù)量逐年加大，特別是私家車(chē)增速顯著。汽車(chē)給人們的日常交通出行帶來(lái)舒適和便捷的同時(shí)，也使能源和環(huán)境面臨危機(jī)。隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的普及，電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模接入電網(wǎng)充電，將對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。文本在綜合考慮現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電動(dòng)汽車(chē)滲透率情況下，針對(duì)規(guī)模化電動(dòng)汽車(chē)充電與電網(wǎng)的影響進(jìn)行研究，對(duì)于緩解未來(lái)規(guī)?；妱?dòng)汽車(chē)充電給電網(wǎng)帶來(lái)的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。

關(guān)鍵字：智能變電站;監(jiān)控體系;智能評(píng)估;一體化調(diào)度

0引言

我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的探索起步較晚。然而，在最近十年里，通過(guò)國(guó)家項(xiàng)目持續(xù)、大力的研發(fā)支持，我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已取得了突破性的進(jìn)展。2013年9月17日，科技部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于繼續(xù)開(kāi)展新能源推廣應(yīng)用工作的通知》，通知中提出：2013至2015年，特大型城市或重點(diǎn)區(qū)域新能源汽車(chē)?yán)塾?jì)推廣量不低于1萬(wàn)輛，其他城市或區(qū)域累計(jì)推廣量不低于5000輛，政府機(jī)關(guān)、公共機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域車(chē)輛采購(gòu)要向新能源汽車(chē)傾斜，新增或更新的公交、公務(wù)、物流、環(huán)衛(wèi)車(chē)輛中新能源汽車(chē)比例不低于30%。到2019年電動(dòng)汽車(chē)配套能力明顯增強(qiáng)，充電設(shè)施建設(shè)與新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模相適應(yīng)，滿足重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)或城際間新能源汽車(chē)的運(yùn)行需要。

1研究必要性

隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國(guó)政府及汽車(chē)企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主攻方向。電動(dòng)汽車(chē)作為新一代的交通工具，在節(jié)能減排、減少人類(lèi)對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)方面具備傳統(tǒng)汽車(chē)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的普及，電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模接入電網(wǎng)充電，將對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。

2電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷建模

為了對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)影響進(jìn)行定量分析，或進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃、定容選址、控制策略研究，首先需要有適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠?lái)表征充電負(fù)荷的特性。影響負(fù)荷建模的主要因素有：

1）充電方式

電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷特性與其充電模式密切相關(guān)。不同的充電方式對(duì)電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷模型會(huì)有不同的影響。按照電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的互動(dòng)程度，其充電模式可分為：

集中式充電：集中式充電主要是指某個(gè)特定時(shí)段進(jìn)行集中充電，主要包括電池交換站和快速充電站。

智能充電：根據(jù)是否向電網(wǎng)返送電力分為智能單向有序充電和智能雙向有序充放電模式。

2）電池特性

電池的電路模型是研究充電特性的基礎(chǔ)，動(dòng)力電池組充電模式一般采用“恒流-恒壓”兩階段充電模式。綜合考慮電動(dòng)汽車(chē)制造工藝，未來(lái)廣泛使用的電池是鋰電池。鋰電池的充電特性主要受充電電流、SOC、健康狀態(tài)（state of health， SOH）、循環(huán)充放電次數(shù)的影響。除此之外，環(huán)境溫度對(duì)鋰電池的容量也有很大的影響。在分析充電負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)影響時(shí)，大多數(shù)的研究假設(shè)各用戶釆用相同規(guī)格型號(hào)的充電電池以簡(jiǎn)化研究。

3）用戶行為習(xí)慣

用戶行為是影響電動(dòng)汽車(chē)功率需求的關(guān)鍵因素，具有隨機(jī)性。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生影響的用戶行為主要包括開(kāi)始充電時(shí)刻和日行駛里程兩個(gè)方面，用戶充電時(shí)間越集中，電網(wǎng)需提供的充電功率越大;而日行駛里程反映了用戶當(dāng)日的耗電量，在一定充電功率下，行駛里程與充電持續(xù)時(shí)間相關(guān)。對(duì)用戶行為研究和功率需求的統(tǒng)計(jì)模型建立，通常依據(jù)交通部門(mén)或統(tǒng)計(jì)部門(mén)的調(diào)查數(shù)據(jù)，或利用車(chē)載在線，全球定位系統(tǒng)（global positioning systems，GPS）、住宅區(qū)配置的信息采集器等對(duì)電動(dòng)汽車(chē)行為進(jìn)行跟蹤記錄。

3電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)配電網(wǎng)的影響

電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)輸電網(wǎng)的影響是間接的，輸電線路和變電站等容量可滿足要求，因此不作為研究重點(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)大量無(wú)序、隨機(jī)充電負(fù)荷與原有峰值疊加，將形成新的負(fù)荷，對(duì)配電網(wǎng)帶來(lái)巨大影響，對(duì)配電網(wǎng)的影響，主要分為三方面：電能質(zhì)量（諧波電流、電壓偏移、電壓不平衡）電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性（網(wǎng)絡(luò)和變壓器功率損耗、線路及變壓器負(fù)載），安全穩(wěn)定運(yùn)行（電壓波形、峰值負(fù)荷、電器設(shè)施壽命）。

4電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；潆娍刂撇呗匝芯?/p>

電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此研究電動(dòng)汽車(chē)的充電策略非常重要。非協(xié)調(diào)的充電策略會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，而智能充電策略卻會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最基本的充電策略是削峰填谷策略。目前國(guó)內(nèi)外研究充電控制策略主要集中在以下幾個(gè)方面：

1）基于分時(shí)分段電價(jià)的電動(dòng)汽車(chē)充電策略

利用國(guó)家激勵(lì)政策和分段電價(jià)，引導(dǎo)大量用戶利用晚間低谷進(jìn)行夜間充電或延遲充電，避開(kāi)高峰時(shí)段，這一方法在近期可有效實(shí)現(xiàn)大量充電負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，但存在一定局限性。

2）電動(dòng)汽車(chē)智能充電策略

在研究電動(dòng)汽車(chē)智能充電策略時(shí)要考慮到所研究地區(qū)的電網(wǎng)和私家車(chē)行駛特性，以及充電時(shí)在時(shí)間和空間上的不確定性，結(jié)合配電網(wǎng)具體運(yùn)行情況，研究電動(dòng)汽車(chē)充電布點(diǎn)問(wèn)題，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，使電動(dòng)汽車(chē)智能充電策略更靈活更人性化，甶于輸電系統(tǒng)調(diào)度人員無(wú)法對(duì)大量的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行調(diào)度所以比較實(shí)際的方法是采用分層分區(qū)調(diào)度方法，故需以某個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，如用戶獲利最大、電網(wǎng)負(fù)荷變化率最小、電網(wǎng)峰值負(fù)荷最小、配電損耗最小或電壓偏移最小等作為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮一定約束條件，最終實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)和供電側(cè)的雙贏。

3）電動(dòng)汽車(chē)充電與新能源接入相結(jié)合的控制策略研究

電動(dòng)汽車(chē)因響應(yīng)了我國(guó)的節(jié)能減排政策而發(fā)展迅速。另一方面，傳統(tǒng)的化石燃料資源日益枯竭，風(fēng)能和太陽(yáng)能作為較有前景的可再生能源被人們廣泛研究和利用。但同時(shí)也衍生出一些問(wèn)題，首先，大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)充電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張，尤其會(huì)加重高峰時(shí)段的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，如何通過(guò)協(xié)調(diào)控制電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程來(lái)減小其對(duì)電網(wǎng)的影響是值得研究的問(wèn)題。其次，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電入網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動(dòng)，當(dāng)大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)時(shí)，如何平抑其對(duì)電網(wǎng)造成的功率波動(dòng)并提高電網(wǎng)對(duì)其的消納能力也是亟待解決的問(wèn)題。結(jié)合以上兩點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行有序充電，能夠減少大規(guī)模無(wú)序充電對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，通過(guò)對(duì)充電負(fù)荷時(shí)間和數(shù)量上的控制能夠平抑風(fēng)、光等新能源對(duì)電網(wǎng)造成的波動(dòng)，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)峰谷差。

5總結(jié)

本文的研究具有良好的應(yīng)用前景，填補(bǔ)了電網(wǎng)對(duì)未來(lái)大規(guī)模增加電動(dòng)汽車(chē)充電站后對(duì)電網(wǎng)影響的適應(yīng)性研究的空白，對(duì)于緩解未來(lái)規(guī)?；妱?dòng)汽車(chē)充電給電網(wǎng)帶來(lái)的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。從一定程度上促進(jìn)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，研究過(guò)程中建立充電站負(fù)荷模型，為充電站其它方面的研究奠定理論基礎(chǔ);而有序充電控制策略的研究，能夠提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)的使用效率，并且為電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)充電站與用戶之間的運(yùn)營(yíng)模式提供參考依據(jù)。