大容量直流充電樁集群的調(diào)峰研究

李倬凡

摘?要：隨著全球能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，新能源技術(shù)逐漸深入各個(gè)領(lǐng)域，在對(duì)開發(fā)清潔能源多元用途的迫切需要下，我國的新能源行業(yè)也在綠色低碳的號(hào)召下取得優(yōu)越性進(jìn)展。水漲船高，在新能源汽車不斷應(yīng)用的背景下，電動(dòng)汽車的使用率使加大電動(dòng)汽車的電池能量密度成為了新的課題。與此相對(duì)應(yīng)的，如何快速高效可靠地完成電動(dòng)汽車充電加大了對(duì)大容量直流充電樁的需求，這讓直流充電樁在整體電網(wǎng)中的總負(fù)荷功率所占比例越來越大，給電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰帶來了新的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：直流充電樁;電動(dòng)汽車;集群控制;調(diào)峰

目前，我國正加大力度推行綠色能源的使用，這也是建設(shè)綠色工業(yè)的一種表現(xiàn)方式，較為明顯的電力方面表現(xiàn)便是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源的大規(guī)模投入使用。隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的迅速增長，二者大量并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電、光伏出力的間歇不可控性和反調(diào)峰特性所帶來的電網(wǎng)穩(wěn)定性問題也越發(fā)嚴(yán)峻，給電網(wǎng)的峰谷差調(diào)節(jié)帶來了巨大負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)的安全運(yùn)行面臨著巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)大規(guī)模建設(shè)備用容量提高電能質(zhì)量也增大了經(jīng)濟(jì)成本。

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)及其調(diào)峰需求

（一）電力生產(chǎn)的特點(diǎn)

電力生產(chǎn)與其他產(chǎn)品生產(chǎn)不同，有其獨(dú)有的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)是一個(gè)主要由發(fā)電機(jī)，變壓器，電力線路，用電設(shè)備構(gòu)成的發(fā)輸配用一體的系統(tǒng)。各個(gè)環(huán)節(jié)緊密耦合構(gòu)成一個(gè)連續(xù)不可分割的有機(jī)整體，且任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響，且影響的傳遞極其迅速，因此及時(shí)調(diào)節(jié)工況應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況對(duì)保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和發(fā)電可靠性具有重要意義。同時(shí)由于電能無法大量?jī)?chǔ)存，實(shí)時(shí)滿足供需端平衡也很重要。另外，電能質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，抑制諧波污染提高功率因數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠供電具有重要價(jià)值。

（二）電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線

用戶端用電負(fù)荷主要有生活用電和生產(chǎn)用電，這兩種用電方式各有其明顯的特點(diǎn)，受到季節(jié)氣候，社會(huì)發(fā)展，國家政策等多種因素的影響。根據(jù)不同負(fù)荷的特點(diǎn)，大體上可將負(fù)荷曲線分解為三類，第一類曲線主要受家庭用戶等小型用電設(shè)備的影響，日常中各類家用電器都可在不同程度上影響用電負(fù)荷的變化，此類曲線具有周期短，幅度小，隨機(jī)性大等特點(diǎn);第二類曲線主要受工業(yè)大型用電設(shè)備和大型電機(jī)的起停的影響，這類負(fù)荷主要有如高溫電弧爐，軋鋼機(jī)，電力牽引機(jī)車和大型變壓器等沖擊性負(fù)荷構(gòu)成，具有幅度較大，周期較長等特點(diǎn);第三類曲線主要受季節(jié)氣候生產(chǎn)方式的影響，如夏季為用電高峰，春季為用電低谷，此類曲線體現(xiàn)為日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線，具有可預(yù)測(cè)等特點(diǎn)。運(yùn)用基本的疊加原理將三類曲線相加，即可得到足夠準(zhǔn)確的負(fù)荷變化情況。

（三）電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求

調(diào)峰需要足夠的備用容量來維持供需平衡保證頻率的穩(wěn)定性，通過一些技術(shù)手段，如廣泛應(yīng)用的抽水蓄能廠以及枯水期水電廠等對(duì)峰谷值進(jìn)行調(diào)控以實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的，另外我們可以根據(jù)各類發(fā)電廠的生產(chǎn)特點(diǎn)通過找出最佳的電源分配組合在調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線的同時(shí)提高電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的經(jīng)濟(jì)性，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)處于平穩(wěn)、可靠，經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保運(yùn)行的目的。

二、大容量對(duì)直流充電樁集群的調(diào)峰

（一）大容量對(duì)直流充電樁的調(diào)峰

新能源汽車這種大容量在充電時(shí)，隨時(shí)有可能中斷，但是這種中斷不會(huì)對(duì)汽車造成損壞，只是延長了充電時(shí)間。當(dāng)新能源汽車有一定數(shù)量或者規(guī)模時(shí)，就要根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)峰需求，靈活的控制新能源汽車的總充電功率，從而達(dá)到電網(wǎng)調(diào)峰的目的。

（二）充電樁的調(diào)峰注意事項(xiàng)

交流充電樁的充電功率有限，在大容量進(jìn)行充電時(shí)，備用容量不足，因此參與調(diào)峰的作用有限，一定要進(jìn)行確認(rèn)在進(jìn)行集中運(yùn)行，這種情況一般建議不參與調(diào)峰。而直流充電樁可多功率（整流）模塊并行，充電功率較大，可以參與調(diào)峰。當(dāng)直流充電樁參與調(diào)峰的時(shí)候，還可以減輕電網(wǎng)的調(diào)峰壓力。另外在大集群運(yùn)行時(shí)，避免變壓器過載。

（三）充電樁在調(diào)峰時(shí)的集中分散模式

集中控制調(diào)峰，實(shí)際方案就是將各個(gè)充電柱接入充電柱監(jiān)控中心，并且采用光纖或者無線的方式進(jìn)行接入，通過監(jiān)控中心的調(diào)節(jié)對(duì)各個(gè)充電柱的直流電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)峰。分散控制就是在控制調(diào)峰的時(shí)候，可以采用引入變壓器的方式進(jìn)行調(diào)峰。目的在于通過變壓器的作用，或者同一中壓饋線的作用，控制峰值的變化，避免調(diào)峰時(shí)相關(guān)變壓器或者中壓饋線的用電功率負(fù)荷過載。

（四）電池返送與調(diào)峰

一般新能源汽車的動(dòng)力電池成本高，電池壽命和充放電次數(shù)又相關(guān)，不太建議電動(dòng)汽車供電電池返送的方式參與調(diào)峰。而是應(yīng)該通過規(guī)劃進(jìn)一步加強(qiáng)配電網(wǎng)的建設(shè)，從而提高電網(wǎng)自身的供電能力。

三、純電動(dòng)乘用車的電氣參數(shù)及其對(duì)電網(wǎng)的影響

新能源汽車是國家重點(diǎn)扶持的新能源汽車的一種品類。跟隨電池能量密度不斷的增加，讓新能源汽車的續(xù)駛里程近年來有了很大的進(jìn)步。新能源汽車充電設(shè)施分為交流充電樁和直流充電樁。不同類型的充電樁都是由樁體、電氣模塊、計(jì)量模塊等部分組成。電能汽車的行駛里程也在逐漸的提高，慢慢接近燃油汽車的應(yīng)用水平，從而用電需求變大電網(wǎng)的負(fù)荷功率也變得越來越大。

四、總結(jié)

新能源汽車正在大規(guī)模的應(yīng)用，是未來新能源政策最倡導(dǎo)的發(fā)展方向，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，更多人群會(huì)選擇新能源汽車進(jìn)行購買，這樣也會(huì)使新能源汽車逐漸增多，相對(duì)充電柱也要跟著增大增多，使直流充電樁的充電功率在配電層總荷功率中的占比越來越大，發(fā)電總控制調(diào)峰情況也會(huì)不斷的增加。而單一直流充電樁的功率達(dá)，可達(dá)到百千瓦級(jí)，這種情況的充電功率就能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，但在直流充電樁的數(shù)量及總功率在配電網(wǎng)負(fù)荷中占比例達(dá)到一定限度時(shí)，在集群控制模式下更適合參與配電網(wǎng)的調(diào)峰，這樣做可以讓配電網(wǎng)更安全的運(yùn)行，提供比較理想的調(diào)節(jié)手段，也促進(jìn)國家在新能源上的發(fā)展。

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