電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響及有序充電研究

黃舒寧

摘 ? 要：文章首先介紹了電動(dòng)汽車規(guī)?；潆妼?duì)電網(wǎng)的影響，進(jìn)而提出了電動(dòng)汽車有序充電的控制策略，希望能對(duì)相關(guān)研究者提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;有序充電;電網(wǎng)

1 ? ?電動(dòng)汽車充電負(fù)荷影響因素

為了研究電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響，需要了解負(fù)荷特性。影響電動(dòng)汽車電力需求的因素主要包括：電池特性、充電模式、用戶行為習(xí)慣等，且這些充電負(fù)荷的時(shí)空具有不確定性[1]。

1.1 ?電池特性

電池是消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面，如果本就無(wú)法預(yù)估的續(xù)航里程，再面臨車輛續(xù)航里程衰減，這樣電動(dòng)汽車不僅不能滿足人們?nèi)粘Ｐ枨?，反而?huì)成為拖累。雖然廠家對(duì)電池給予了較長(zhǎng)時(shí)間的質(zhì)量保證，甚至部分企業(yè)推出了電池以舊換新的前瞻式服務(wù)，但是消費(fèi)者對(duì)電池衰減程度的判斷和質(zhì)量判斷都缺乏公開(kāi)、透明的支持，消費(fèi)者仍對(duì)電池質(zhì)量安全不放心，從而影響電動(dòng)汽車的銷量。因此，有必要對(duì)電池進(jìn)行簡(jiǎn)單的了解。

燃料電池電動(dòng)車價(jià)格昂貴、氫氣難以儲(chǔ)運(yùn)、維護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜、壽命不長(zhǎng)，并且鉑的資源不夠利用。

太陽(yáng)能電池電動(dòng)車價(jià)格相對(duì)昂貴，受天氣、晝夜等光照條件影響較大，仍然需要儲(chǔ)能裝置，但是在能量轉(zhuǎn)化率上，國(guó)內(nèi)的一般在14%，日本的光伏材料最高可以達(dá)到22%，差距明顯。

純電動(dòng)車最節(jié)省油、制造簡(jiǎn)單、車身便宜，有資源優(yōu)勢(shì)和技術(shù)基礎(chǔ)，是未來(lái)發(fā)展的方向和主力。

鉛酸蓄電池最常用，且價(jià)格最低，中國(guó)也是鉛酸蓄電池最大生產(chǎn)國(guó)，其含污染成分少、易回收，缺點(diǎn)是比容小。鎳氫電池比容、壽命、充放電特性較鉛酸蓄電池好，但過(guò)充電后易形成單體電池隔板熔化問(wèn)題。鎳鎘電池的大電流特性和抗過(guò)充電性較鎳氫電池好，生產(chǎn)量、可靠性較高，但存在鎘污染。鋰離子電池的比容和壽命比鎳氫電池好，電阻大，過(guò)充電和過(guò)放電狀態(tài)后會(huì)發(fā)生爆炸。

1.2 ?充電模式

電動(dòng)汽車充電方式一般為快速充電方式、慢速充電方式?？焖俪潆娍梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)將電池組進(jìn)行快速補(bǔ)電，慢速充電的電流比較小，充電時(shí)間較長(zhǎng)，是最常規(guī)的充電方式。

快充和慢充是相對(duì)概念，一般快充為大功率直流充電，半小時(shí)可以充滿電池80%的容量，慢充指交流充電，充電過(guò)程需6～8 h。電動(dòng)汽車充電快慢與充電機(jī)功率、電池充電特性和溫度等緊密相關(guān)。

短時(shí)快充適合應(yīng)急情況，充電電流大，一般為150～400 A，將對(duì)相關(guān)電力設(shè)備提出更高的要求，所以，最初的建設(shè)和運(yùn)行投入成本都更高。慢充是一種實(shí)用、安全的充電方式，充電電流為10～15 A，電池充滿需要的時(shí)間約為6個(gè)多小時(shí)，初裝費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較其他類低，可以有效延長(zhǎng)電池的壽命。

1.3 ?用戶行為

用戶行為多樣性，是影響電動(dòng)汽車功率需求的關(guān)鍵因素，所以在電動(dòng)汽車充電負(fù)荷表現(xiàn)上就具有隨機(jī)性。由于不同用戶對(duì)電動(dòng)汽車的行為習(xí)慣和行駛特性不同，更凸顯行為的不確定性。用戶行為主要包括開(kāi)始充電時(shí)刻和日行駛里程，充電時(shí)間越集中，此時(shí)接入電網(wǎng)的負(fù)荷功率越大，電網(wǎng)需提供大充電功率，如果是在用電高峰時(shí)期就難以保證。日行駛里程反映了當(dāng)天耗電量，行駛里程越長(zhǎng)，電量越低，需要充電的時(shí)間就越長(zhǎng)。充電功率、充電開(kāi)始時(shí)間和日行駛里程決定了用戶對(duì)充電功率的需求。電動(dòng)汽車用EV表示，隨機(jī)抽取n輛電動(dòng)汽車。

1.4 ?市場(chǎng)

目前，國(guó)家電網(wǎng)已建成“六縱六橫兩環(huán)”高速公路快充網(wǎng)絡(luò)，覆蓋1.4萬(wàn)公里，13個(gè)省，95個(gè)城市。高速公路快充站平均間距不超過(guò)50 km，每站配備4臺(tái)直流充電樁，單臺(tái)最大功率為120 kW。為深化“互聯(lián)網(wǎng)+”充換電服務(wù)應(yīng)用，采用包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)，建成電動(dòng)汽車車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，為電動(dòng)汽車客戶的充電運(yùn)營(yíng)商提供信息服務(wù)。這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及國(guó)家政策勢(shì)必會(huì)對(duì)市場(chǎng)起導(dǎo)向作用，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)，電力市場(chǎng)在引導(dǎo)電動(dòng)汽車的有序應(yīng)用和調(diào)控充電管理方面發(fā)揮重要作用。

2 ? ?電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響

電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響集中表現(xiàn)在配電網(wǎng)方面，包括對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面的影響。其中，對(duì)電能質(zhì)量的影響主要包括電壓偏移、諧波含量、三相不平衡等，對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響主要是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗。

2.1 ?對(duì)負(fù)荷的影響

當(dāng)電動(dòng)汽車發(fā)展初級(jí)階段時(shí)，數(shù)量很少，對(duì)電網(wǎng)影響并不大。但當(dāng)電動(dòng)汽車迅速發(fā)展、數(shù)量成幾何增長(zhǎng)時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成電力系統(tǒng)負(fù)荷增加，倘若在用電高峰期接入大量電動(dòng)汽車，帶來(lái)的結(jié)果就是電網(wǎng)負(fù)荷曲線峰谷差距明顯，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致配電網(wǎng)過(guò)載、電壓偏低、配網(wǎng)損耗增加等問(wèn)題，甚至超出配電網(wǎng)的可承受能力，影響配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容，增加了配電網(wǎng)建設(shè)成本，所以應(yīng)合理規(guī)劃電網(wǎng)布局、適當(dāng)合理接入，避免由于擴(kuò)容后資源沒(méi)有得到充分利用，多余的供電容量長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)，這樣供電設(shè)施的利用率就大大降低了。

2.2 ?對(duì)電壓的影響

對(duì)于專用設(shè)施的用電行為來(lái)說(shuō)，其峰谷差別是較為明顯的。尤其對(duì)于電動(dòng)汽車充電行為，傍晚的充電峰值負(fù)荷將大大增加。當(dāng)配電網(wǎng)接入電動(dòng)汽車后，流動(dòng)負(fù)荷發(fā)生變化，電壓分布也發(fā)生了變化。一般而言，電動(dòng)汽車的接入會(huì)使電網(wǎng)負(fù)荷增加，線路節(jié)點(diǎn)電壓下降，尤其末端電壓嚴(yán)重下降，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓分布也隨之發(fā)生偏移，影響用戶正常用電需求。當(dāng)負(fù)荷很少時(shí)，電壓波動(dòng)較小，但負(fù)荷較大時(shí)，就會(huì)引起配電網(wǎng)電壓偏移。由于電網(wǎng)電壓主要是由無(wú)功影響的，所以當(dāng)負(fù)荷持續(xù)增加時(shí)，可以考慮新增發(fā)電系統(tǒng)，抵消掉部分負(fù)荷。依據(jù)我國(guó)電網(wǎng)規(guī)定，系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，10 kV電壓等級(jí)允許的電壓偏移范圍為7%，超出允許范圍后，則要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償措施調(diào)整。

2.3 ?對(duì)網(wǎng)損的影響

因?yàn)榕渚W(wǎng)的量大且復(fù)雜，可靠性和居民生活息息相關(guān)，所以配網(wǎng)的接線方式顯得尤為重要，配電網(wǎng)建設(shè)的網(wǎng)架和如何組織、提高可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是必須考慮的。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷是非線性負(fù)荷，接入配網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生諧波，造成線路或者變壓器發(fā)熱，損耗增加，影響設(shè)備使用壽命，危害電網(wǎng)安全運(yùn)行。假設(shè)PTloss為T時(shí)刻線路功率損耗，PT為T時(shí)刻系統(tǒng)輸送的功率值，配電網(wǎng)的網(wǎng)損率Rpl為一天的損耗值，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可得到配電網(wǎng)的網(wǎng)損率，計(jì)算公式如下：