新能源汽車充電站對配電網(wǎng)的影響

安康職業(yè)技術(shù)學院 雷顯國

引言

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷增長，傳統(tǒng)一次能源造成的環(huán)境污染越來越受到人們的關(guān)注。這不僅是煙霧，光化學煙霧，酸雨帶來的危險，而且二氧化碳含量的增加還將導致全球氣候發(fā)生不可預(yù)測的變化。因此，以電能為基礎(chǔ)的二次清潔能源的價值正在逐步增加，電動汽車是新能源應(yīng)用的重要方面。電動汽車具有低污染，低排放的優(yōu)勢 ，逐漸成為人們出行的主要交通工具有 。然而 ，由于電池容量不足和動力電池技術(shù)發(fā)展較晚，電動汽車不能滿足長距離行駛的要求， 必須建立大量的充電站以保證電動汽車的正常長距離行駛 。大量充電站將連接到配電網(wǎng)，這也將影響配電網(wǎng)的潮流分析。 因此，分析研究電動汽車充電站對城市發(fā)展前景的影響，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計策略 ，具有十分重要的意義。

1 電動汽車的未來發(fā)展趨勢

新能源電動汽車必將會快速地融入到汽車市場中。隨著電動汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，全球的電動汽車市場正處于重要的轉(zhuǎn)型階段，對于汽車的要求不再只是安全快速還要其具有節(jié)能減排的作用，有資料表明全球的電動汽車產(chǎn)量逐年遞增的趨勢非常明顯，增長速度越來越快。

電動汽車推廣初期，主要依賴政府的財政補貼，隨著技術(shù)發(fā)展，環(huán)保理念深入人心，各種補貼政策在逐漸退出 ，解決里程問題就成為電動汽車推廣的制約因素之一。增加電動汽車單次充電的行駛里程，降低購買汽車的成本，并且在操作的時候要簡單方便。未來輕型材料技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用，汽車動力電池的能量密度提高等技術(shù)手段將改善充電設(shè)備和其他設(shè)備的契合度，這些都可以提高電動汽車在選擇上的優(yōu)勢，這樣電動汽車就會被更多的車主所接受。

2 電動汽車接入對城市配電網(wǎng)的影響

2.1 發(fā)生電壓偏差

電氣設(shè)備都應(yīng)該在額定電壓值下工作， 這樣可確保電氣設(shè)備的使用壽命。否則，電氣設(shè)備將不能正常工作或在非正常狀態(tài)下工作。長期使用此類設(shè)備會大大降低安全性和可靠性。然而，當將大量的電動車輛充電站連接到電網(wǎng)時， 在電動車輛的峰值充電時段期間，電網(wǎng)上的電力負載急劇增加，將導致配電網(wǎng)的電壓趨于下降。這不僅會降低系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且會在一定程度上增加電網(wǎng)的損耗并導致各種安全事故。另外，一些電動汽車充電站具有高速 、大功率和快速充電的功能， 極大地影響了電網(wǎng)，進一步影響了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

2.2 影響傳統(tǒng)的繼電保護性能

建立電動汽車充電站并接入電網(wǎng)可以使配電網(wǎng)相關(guān)線路中的電力流具有雙向流動功能， 但是現(xiàn)有的繼電保護不能滿足新的電動汽車充電站的需求 。為了使繼電保護系統(tǒng)和配電線路適應(yīng)許多電動汽車充電站，繼電保護和配電線路系統(tǒng) ，已經(jīng)進行了許多改進 。繼電保護裝置在沒有故障線路上的運行進一步增加了配電網(wǎng)改造的投資。

3 電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響研究

3.1 對負載供應(yīng)和平衡的影響

電動汽車充電有兩種充電方法 ：整車充電和更換電池充電 。實驗證明 ，更換電池的充電時間更靈活，更易于掌握。 當電池電量很低時，可以快速為電池充電，也可以有效地調(diào)整電網(wǎng)的峰谷負荷差。

電動汽車的電池設(shè)備是一種移動式儲能設(shè)備，因此可以與其他可再生能源配合使用，以合理地調(diào)整電力系統(tǒng)的負荷特性曲線。由于電力是可控制的負載，因此可以選擇將電池連接到配電網(wǎng)的時間 。 通過更改電力系統(tǒng)的負載曲線以減小峰谷負載差異 ，可以對電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的調(diào)節(jié)效果，但是設(shè)定功率和負載的特性也會影響調(diào)節(jié)效果。

由于電動汽車的持續(xù)普及，對配電網(wǎng)的影響也越來越大。如果能夠科學合理地安排和調(diào)整電動汽車的充電負荷特性 ， 加強發(fā)電廠與電網(wǎng)的合作 ，將大大提高經(jīng)濟效益。 反之，當電動汽車的充電負荷不能合理安排和調(diào)整時 ，配電網(wǎng)的前景可能會出現(xiàn)較大的負荷差 ，如果超過電網(wǎng)負荷范圍 ，將直接影響運行質(zhì)量 。在電源不足的情況下，在低負載需求的情況下會有過多的盈余 ，從而導致電源不平衡。

3.2 對電能質(zhì)量的影響

電動汽車充電對配電網(wǎng)質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在諧波污染上。對于插電式電動汽車充電站，配電網(wǎng)容易受到電動汽車充電引起的諧波污染，這在以下幾個方面尤為突出：變壓器中的有功損耗會受到諧波電流的影響，導致功率和成本增加，變壓器的噪聲隨著諧波的注入而增加，并且在電源和配電線路的情況下，諧波還會增加線路的有功功率損耗和無功功率 。對于電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)線路設(shè)備，通過諧波的傳播 ，極大地損害了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，并影響了各種電力設(shè)備的日常運行。這就有必要加強濾波手段的應(yīng)用，以減少諧波的影響。

3.3 對電網(wǎng)經(jīng)濟的影響

變壓器損耗是對電網(wǎng)經(jīng)濟影響的一個主要標志 ， 電網(wǎng)線路和其他電力設(shè)備也影響著電網(wǎng)的經(jīng)濟。在較小的充電強度下，電動汽車向變壓器充電的損耗幾乎可以忽略不計 ，但是隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加，變壓器中的損耗將逐漸增加，從而難以節(jié)能。

3.4 對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及交易模式的影響

隨著智能充電技術(shù)的出現(xiàn)和使用 ，可以更好地平衡配電網(wǎng)前景中的電網(wǎng)負載和頻率波動 ，最小化電網(wǎng)上的峰谷負載差異 ，增加電網(wǎng)上的負載功率，并降低活力。極大地改善了電網(wǎng)的運行方式，在配電網(wǎng)規(guī)劃中發(fā)揮了非常重要的作用。

由于使用時間高峰和谷底電價的出現(xiàn)和使用 ， 電動汽車可能會使用各種訪問方法， 并且可能會在不同時間依靠配電網(wǎng)進行充電。因此，電網(wǎng)和電動汽車將發(fā)生越來越多的變化。就電能而言 ，交易越復(fù)雜 ，交易方法就越多樣化 ，這需要更大的電力市場的支持。

4 電動汽車充電站的優(yōu)化設(shè)計策略

4.1 抑制諧波污染

進入電動汽車充電站不可避免地會在配電網(wǎng)上造成一定的諧波污染，通常，可以采用主動處理和被動處理兩種方法來控制諧波污染。被動處理對諧波抑制具有明顯的作用。電動汽車充電站人工諧波控制方法主要包括以下三種：

（1） 增加有源濾波器： 有源濾波器本身具有較強的濾波功能，響應(yīng)速度快 ，可靠性高，濾波效果好，在無源諧波控制中占有較高的地位，得到了廣泛的應(yīng)用。 對于電動汽車充電站，可以在配電網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)連接有源濾波器，以消除諧波污染。

（2）添加無源濾波器 ：與有源濾波器類似 ，無源濾波器可以起到抑制諧波的作用。無源濾波器通常由電感器，電容器和其他組件組成，結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉?？梢詫崿F(xiàn)不同的過濾效果。

（3）優(yōu)化充電器數(shù)量 ：電動汽車充電站包含多個充電器 ，每個充電器產(chǎn)生的諧波具有不同相角的諧波電流 。隨著充電站中充電器數(shù)量的增加，諧波補償效果會更好 。 例如 ，當一個充電器為電動汽車充電時 ，電流諧波的失真率約為68.25，而當使用兩個充電器對電動汽車充電時，電流諧波的失真率約為43.18。 電動汽車的電流諧波畸變率約為33.49 ?？梢钥闯?，在電動汽車充電站的初始建設(shè)中 ，必須結(jié)合實際的變壓器數(shù)量和具體的經(jīng)濟狀況，并適當增加充電器的數(shù)量 ，以有效改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

4.2 減少電網(wǎng)中的電壓波動

（1）加強電網(wǎng)供電能力 ：電動汽車可以通過專用的電源線充電，在一定程度上減輕配電網(wǎng)壓力，提高電能質(zhì)量。例如，雙電源系統(tǒng)的電源模式可以與母線拆分技術(shù)結(jié)合使用，以實現(xiàn)各種電源回路。

（2）使用無功功率補償 ：由于負載是隨機的 ，因此配電網(wǎng)絡(luò)的電壓存在一定程度的波動。因此，通過適當添加無功功率補償器，可以有效地抑制電網(wǎng)中的電壓波動。無功功率補償器通常由電容器和電抗器組成，具有良好的穩(wěn)定性 ，快速的調(diào)節(jié)速度并可以抑制電壓隨時間的波動。

4.3 新能源整合對電網(wǎng)的影響及其策略

新能源的產(chǎn)生可以有效地減少一次能源的使用，但是也具有間歇性，隨機性，調(diào)度潛力薄弱的缺點。在這一階段，獲取新能源主要包括離網(wǎng)儲能，并網(wǎng)發(fā)電和兩個集成系統(tǒng)。在電網(wǎng)接受度不足的情況下 ，新能源發(fā)電將產(chǎn)生負面影響 ，主要在以下方面 ：（1）電能質(zhì)量 。風能和太陽能發(fā)電廠受天氣和環(huán)境的影響很大 。兩者都具有間歇性和易失性的特征。 這對電壓合格率有一定影響。當將新能源連接到配電網(wǎng)觀時，原始網(wǎng)絡(luò)線的部分輸出功率由分布式電源提供，并且分支線每個節(jié)點上的電壓都會增加 ，這會導致電壓水平過高。（2）網(wǎng)絡(luò)丟失。當新能源連接到配電網(wǎng)絡(luò)時 ， 配電系統(tǒng)會將原始的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為用戶互連和多個電源弱電網(wǎng)絡(luò)。這改變了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，影響網(wǎng)絡(luò)損耗的因素在很多方面都增加了，例如在原始負載情況下的電源容量和位置 。解決上述問題的方法是 ，防止傳輸和分布圖在負載壓力過大的環(huán)境中工作 ，降低接入點配電網(wǎng)的傳輸功率 ，并擴大電網(wǎng)的傳輸裕度。 為了提高系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)效果，對端子電壓進行調(diào)節(jié) ，從而避免了線損現(xiàn)象。

4.4 優(yōu)化電能質(zhì)量

電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化可大大提高配電網(wǎng)運行的安全與穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上，對配電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備采用控制、抑制、減緩、消除等多種控制方式，通過高耐壓、低損耗等設(shè)備的投入使用，來改善電動汽車充電站對配電網(wǎng)的影響，提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速 。電動汽車的各種充電方式將對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響，但電動汽車的儲能特性將給電力系統(tǒng)帶來特殊的機遇。本文分析了我國的電動汽車設(shè)備，并分析了其未來發(fā)展前景。不僅需要依靠政府補貼或財政投資來推廣電動汽車， 而且還需要立即增加電動汽車的行駛里程并降低成本。電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響主要包括對負載供給和平衡的影響 ，對電能質(zhì)量的影響以及對電網(wǎng)經(jīng)濟的影響。最后，有必要改進有序電荷限制系統(tǒng)的構(gòu)造。