規(guī)模化電動(dòng)汽車充電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

徐文邦

摘要：汽車作為一種代步工具，在汽車為人們提供便利的同時(shí)，它也給環(huán)境帶來(lái)了一定的危害，汽車回想空氣中排放大量的尾氣，進(jìn)而污染環(huán)境，威脅到人類的生存。在此種環(huán)境下，人們開(kāi)發(fā)嚴(yán)重了一種新的代步工具——電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)能源是電能，具有清潔、高效率的優(yōu)點(diǎn)，可以有效地降低尾氣的排放，有著顯著的節(jié)能減排效果。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，尤其是規(guī)?；妱?dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車充電問(wèn)題也暴露了出來(lái)。本文對(duì)規(guī)模化電動(dòng)汽車充電對(duì)電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：規(guī)模化;電動(dòng)汽車;充電;電力系統(tǒng);影響

引言：規(guī)?；妱?dòng)汽車充電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，主要體現(xiàn)在用電平衡、電能質(zhì)量及諧波這幾方面。提出了降低電動(dòng)汽車對(duì)電力系統(tǒng)影響的應(yīng)對(duì)措施：加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車充放電技術(shù)的研究，采用電池租賃的運(yùn)營(yíng)模式，建立分時(shí)充電電價(jià)，有效干預(yù)諧波現(xiàn)象?？梢越柚绷麟娀蛐铍姵氐碾娏M(jìn)行充電，這種充電方式不僅耗費(fèi)成本小，還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大污染，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠與環(huán)保效益兼得。

1新能源汽車興起的背景

1.1全球石油價(jià)格上漲

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)石油資源的儲(chǔ)備非常緊缺，能源稀缺問(wèn)題十分嚴(yán)重，石油價(jià)格漲勢(shì)明顯。而汽車的主要燃料就是石油，所以現(xiàn)階段的實(shí)際狀況對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特別不利，發(fā)展電動(dòng)汽車勢(shì)在必行。不少汽車制造商開(kāi)始將視線轉(zhuǎn)移到發(fā)展新能源汽車上，并進(jìn)行大力推廣。各國(guó)也給予了一定的扶持政策，如推行相關(guān)優(yōu)惠政策，對(duì)于購(gòu)買和銷售新能源汽車的人群給予一定的政府補(bǔ)貼。目前，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具備較好的良機(jī)。

1.2有些國(guó)家的石油儲(chǔ)存量低下

有些汽車消費(fèi)大國(guó)的石油自給率水平原本就不高，而且石油的貯存量也在逐漸變少，所以只能減少汽車對(duì)于石油的依賴。從經(jīng)濟(jì)等各個(gè)角度出發(fā)，都必須支持發(fā)展新能源汽車，真正降低汽車對(duì)于石油的依賴，這也是當(dāng)前國(guó)際能源形勢(shì)下的必然選擇。

1.3汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸嚴(yán)格

以石油為主要燃料的汽車，它們排放出來(lái)的尾氣會(huì)嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，是主要的空氣污染物。面對(duì)汽車尾氣污染空氣環(huán)境這一問(wèn)題，各國(guó)也制定了相當(dāng)嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，只有開(kāi)發(fā)和使用新能源汽車才可以從根本上解決問(wèn)題。

2規(guī)?；妱?dòng)汽車充電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

有關(guān)動(dòng)力電池的技術(shù)正在不斷發(fā)展，這為電動(dòng)汽車的研發(fā)提供了有效的技術(shù)支撐，電動(dòng)汽車也因此開(kāi)始逐漸走向市場(chǎng)。在國(guó)外，混合型動(dòng)力電動(dòng)汽車已經(jīng)被廣泛投放于市場(chǎng)，受到了人們的喜愛(ài)，消費(fèi)者認(rèn)為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)最具可行性的新能源汽車。根據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)化銷售分析，未來(lái)會(huì)有更多的新能源汽車被投放到市場(chǎng)，其主要?jiǎng)恿?lái)源就是電能，所以規(guī)?；某潆娯?fù)荷會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成較大影響。

2.1影響電力的用電平衡

電網(wǎng)存在地域性的分配限制，當(dāng)電動(dòng)汽車進(jìn)行大規(guī)模充電時(shí)，就會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成很大的用電負(fù)荷，從而影響配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在大量汽車集中式充電時(shí)，必須要重視電網(wǎng)的用電穩(wěn)定性和平衡問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)電動(dòng)汽車充電問(wèn)題，要對(duì)需要充電的電動(dòng)汽車數(shù)量采取一定的干預(yù)措施，以免出現(xiàn)變壓器負(fù)荷過(guò)載、線路故障等問(wèn)題，確保配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2影響電能質(zhì)量

電動(dòng)汽車集中充電的數(shù)量和接入充電時(shí)的不同水平都會(huì)對(duì)配電網(wǎng)電壓造成影響和波動(dòng)，電壓若是有了波動(dòng)，就會(huì)造成電流不穩(wěn)定。當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)，電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率都會(huì)變大，從而加大成本。當(dāng)充電樁接入配電網(wǎng)時(shí)，要使電動(dòng)汽車有序充電，特別是在高峰期時(shí)，更要避免大量汽車同時(shí)充電，否則會(huì)給電力系統(tǒng)造成很大負(fù)擔(dān)，會(huì)使片區(qū)配電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)載，嚴(yán)重影響用戶用電質(zhì)量和穩(wěn)定性。由于每個(gè)用戶用車的隨機(jī)性太強(qiáng)，所以充電時(shí)間沒(méi)辦法統(tǒng)一，這也是造成用電負(fù)荷不確定性的主要因素。如果很多電動(dòng)汽車同時(shí)接入電網(wǎng)充電，就很容易超過(guò)電網(wǎng)的最大負(fù)荷，電網(wǎng)峰谷差率一旦加大，就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的效率低下、發(fā)電成本過(guò)高、區(qū)域用電緊張、配電設(shè)施負(fù)擔(dān)過(guò)重、配電網(wǎng)運(yùn)行和管理難度增加。

2.3形成諧波影響

大規(guī)模電動(dòng)汽車同時(shí)充電，負(fù)荷承載過(guò)多的用電端容易出現(xiàn)諧波影響。諧波不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)內(nèi)潮流的計(jì)算造成一定影響，加大電網(wǎng)消耗量，還會(huì)對(duì)高壓設(shè)施造成一些額外損耗。諧波對(duì)于通信線路的影響主要可以分為靜電感應(yīng)影響和電磁干擾影響。若是不對(duì)稱的電路，需要分析兩種情況。若是對(duì)稱線路，則只需要分析高次諧波的靜電感應(yīng)效應(yīng)。從諧波造成的不良影響可看出，充電樁帶來(lái)的動(dòng)態(tài)污染和用電端導(dǎo)致的電網(wǎng)污染都會(huì)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響。

3降低對(duì)電力系統(tǒng)影響的應(yīng)對(duì)措施

3.1加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車充放電技術(shù)的研究

可以通過(guò)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究和采取強(qiáng)化智能控制手段來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車充電進(jìn)行有效調(diào)整，并對(duì)充電設(shè)施進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，以提升電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的安全穩(wěn)定性。

3.2采用電池租賃的運(yùn)營(yíng)模式

電動(dòng)汽車的應(yīng)用普遍集中在公共交通工具上，這為通過(guò)改變商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式而有效調(diào)整電動(dòng)汽車的充電規(guī)律提供了可能性。電動(dòng)公共交通工具通常都具有一定的運(yùn)行規(guī)律，因此可利用電池租賃的模式。如通過(guò)換電池方式取代充電，不僅可節(jié)省充電時(shí)間，提升運(yùn)行效率，還能在負(fù)荷低谷時(shí)進(jìn)行大規(guī)模充電，有效改善用電負(fù)荷曲線，大幅提升配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3建立分時(shí)充電電價(jià)

需對(duì)不同時(shí)間段用電價(jià)格作出相應(yīng)調(diào)整，通過(guò)價(jià)格引導(dǎo)和干預(yù)用戶充電行為來(lái)避免用戶進(jìn)行無(wú)序充電，使充電更具規(guī)律性，從而減少充電對(duì)配電網(wǎng)的不利影響，用戶可結(jié)合自身實(shí)際需要來(lái)選擇充電方式。為了減少用戶隨意自主式的充電對(duì)配電網(wǎng)造成沖擊和影響，可以合理引導(dǎo)用戶避開(kāi)用電高峰期，在負(fù)荷低谷時(shí)充電，錯(cuò)開(kāi)高峰負(fù)荷?？梢越⒎謺r(shí)段充電的電價(jià)，通過(guò)電價(jià)差異避免汽車充電造成配電網(wǎng)不穩(wěn)定性。

3.4有效干預(yù)諧波現(xiàn)象

針對(duì)上述諧波污染現(xiàn)象，分析總結(jié)出如下舉措：①嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)定的有關(guān)諧波的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，從源頭上對(duì)諧波水平進(jìn)行干預(yù)和控制。②在導(dǎo)致諧波的諸多因素中，換流裝置是其主要因素之一。加大換流裝置的相數(shù)，將脈動(dòng)數(shù)從6增加到12，以降低諧波電流有效值。③通過(guò)優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)增強(qiáng)配電網(wǎng)對(duì)諧波的承受能力。④增設(shè)濾波裝置，通過(guò)就地治理的手段直接在充電站開(kāi)展治理諧波工作。未來(lái)，在充電站中建設(shè)綠色充電機(jī)或許會(huì)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，這種案例也會(huì)越來(lái)越多。借助綠色充電機(jī)能幫助電動(dòng)汽車在充電的同時(shí)抑制諧波的產(chǎn)生。以武漢某電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)公司為例，該公司建設(shè)了綠色充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過(guò)集中充電的方式進(jìn)行工作。充電模塊主要由功率因素校正、直流轉(zhuǎn)直流（DC/DC）兩大功能電路組成。綠色充電系統(tǒng)采取了電流平均值控制法，是利用較高功率因數(shù)的Boost單相功率因數(shù)來(lái)校正電路，這樣能夠有效提升功率，使功率因數(shù)高于0.92，使諧波畸變率低于5%。

結(jié)束語(yǔ)

在環(huán)境污染嚴(yán)重、能源危機(jī)巨大的形勢(shì)下，電動(dòng)汽車的推廣和使用體現(xiàn)出了重要的意義和價(jià)值，但因此造成的配電系統(tǒng)運(yùn)行不平衡等問(wèn)題也引起了高度重視。政府部門和技術(shù)部門會(huì)共同采取有效措施，使這一問(wèn)題得到合理解決。對(duì)于純電動(dòng)汽車的充電問(wèn)題可以借助直流電或蓄電池的電力進(jìn)行充電，這種充電方式不僅耗費(fèi)成本小，還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大污染，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠與環(huán)保效益兼得。對(duì)于充電站、直流機(jī)及充電樁的建設(shè)應(yīng)結(jié)合車輛行駛軌跡設(shè)在停車場(chǎng)、小區(qū)、超市等人口流動(dòng)密集的地方，這樣能夠充分發(fā)揮土地資源的作用，提高社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]邢金，王婧，葉辛，等.考慮電動(dòng)汽車不確定性的配電網(wǎng)軟聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)優(yōu)化配置[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2020，35（02）：46-54，65-69.

[2]梅哲，詹紅霞，楊孝華，等.考慮電流保護(hù)的配電網(wǎng)電動(dòng)汽車與分布式能源配合優(yōu)化運(yùn)行策略[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2020，40（02）：89-102，181.