電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響及有序控制策略探究

劉磊

文章編號(hào)：2095-6835（2016）07-0089-02

摘 要：電動(dòng)汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用可促使電能逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料能源，從而減少燃燒石油、煤炭等產(chǎn)生的溫室氣體，并降低我國對(duì)進(jìn)口石油的依賴程度。在CO2排放方面，15%以上的排放量來自于交通運(yùn)輸行業(yè)，因此，大力發(fā)展高效、清潔的電力能源對(duì)改善我國的能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率和減少大氣污染有重要的意義。鑒于電動(dòng)汽車廣闊的發(fā)展前景，以充電問題為切入點(diǎn)，深入分析了規(guī)模化充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響，總結(jié)了有序控制策略，以期為電動(dòng)汽車的推廣使用奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；配電網(wǎng)負(fù)荷；有序控制；純電動(dòng)汽車

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.089

電動(dòng)汽車的大范圍推廣必然會(huì)帶來一系列新問題，其中，充電便是擺在人們面前的首要問題。因此，在不擴(kuò)大當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模的前提下，原有線路的容量能否有效應(yīng)對(duì)新增的充電負(fù)荷，如何提高原有配電網(wǎng)的容納能力，減少充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷造成的負(fù)面影響，這些都是電動(dòng)汽車推廣過程中的重點(diǎn)問題。

1 電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響

隨著石油、煤炭等不可再生能源的日益緊缺，國際社會(huì)普遍意識(shí)到調(diào)整能源結(jié)構(gòu)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要作用，電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；褂帽厝粫?huì)對(duì)接入電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)造成一定的影響。

以往，有關(guān)電動(dòng)汽車的推廣研究主要集中在政策和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，很少涉及其對(duì)配電網(wǎng)的影響。在研究電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響之前，應(yīng)先分析電動(dòng)汽車的充電特性和用戶充電習(xí)慣。電動(dòng)汽車的兩大類型分別為公交車和私家車。其中，公交車的充電行為比較有規(guī)律性，行駛里程也比較固定，易于控制充電時(shí)間；私家車的充電行為比較隨意，靈活性和機(jī)動(dòng)性較高。目前，私家車充電受家庭充電設(shè)備的影響，一般充電功率都在3 kW以下，在理想充電狀態(tài)下30 min即可充至滿電。但每天的充電次數(shù)需要根據(jù)行駛里程確定，而公交車每天需要在非運(yùn)營時(shí)間集中充電或在白天分散充電。私家車和公交車所采取的快充模式和慢充模式都會(huì)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷造成影響，在不增加電網(wǎng)容量的前提下，必然會(huì)影響原有電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

《中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》中指出，電動(dòng)汽車在未來20年的時(shí)間里將進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我國也將重點(diǎn)研制推出純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，從而提升我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展水平。電動(dòng)汽車在推廣使用的過程中必然會(huì)經(jīng)歷一段從無序充電到有序充電的過程。無序充電不僅會(huì)影響原有電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，還會(huì)造成一系列的負(fù)面影響?？梢灶A(yù)見的是，隨著電動(dòng)汽車的規(guī)?；a(chǎn)和大范圍應(yīng)用，無序充電必然會(huì)導(dǎo)致原有配電網(wǎng)的峰值時(shí)間延長，進(jìn)而增大電網(wǎng)峰值負(fù)荷。這樣不僅會(huì)增大電網(wǎng)調(diào)峰容量的需求和電能損耗，還會(huì)降低電能質(zhì)量。

2 電動(dòng)汽車充電的有序控制策略

針對(duì)電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的消極影響，可采用協(xié)調(diào)充電時(shí)間或智能充電的方式解決此問題。

2.1 協(xié)調(diào)充電時(shí)間

協(xié)調(diào)充電時(shí)間是指協(xié)調(diào)各種類型電動(dòng)汽車的充電時(shí)段，這一過程需要依賴高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)和各種智能軟、硬件的支持。此外，還需要通過政策引導(dǎo)的方式鼓勵(lì)電動(dòng)汽車用戶避開充電高峰期。具體而言，可根據(jù)當(dāng)前各時(shí)段的電價(jià)劃分原則和具體的峰、谷時(shí)段的控制策略調(diào)控。調(diào)控電動(dòng)汽車充電時(shí)段的前提是電動(dòng)汽車已處于停滯或靜止?fàn)顟B(tài)，私家車用戶的下班時(shí)間集中在每日的18：00—18：30，私家車的靜止時(shí)間將從這一時(shí)間段持續(xù)到第二天的6：00左右。因此，私家車用戶可以在每日上午（充電低峰）進(jìn)行快速充電，相關(guān)單位也可組織私家車用戶在每日15：00之前利用公用充電設(shè)施慢充，從而保證其在每日下午的充電高峰到來之前完成充電。公交車的充電時(shí)段調(diào)控可參考私家車充電的方式，并根據(jù)其運(yùn)行規(guī)律采用不同的調(diào)控模式加以引導(dǎo)。充電時(shí)段控制策略可有效轉(zhuǎn)移電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷，避免其在充電高峰期重疊，從而改善配電網(wǎng)的負(fù)荷特性。但從另一角度分析，這種方法過于機(jī)械化，靈活性較低。

2.2 智能充電

智能充電可有效解決充電時(shí)間、充電地點(diǎn)等的不確定給電網(wǎng)調(diào)度帶來的問題，從而最大限度地發(fā)揮電網(wǎng)集中調(diào)度的優(yōu)勢。在智能充電方面，本文提出了2種充電優(yōu)化策略，即集中式充電控制策略和分布式充電控制策略。集中式充電控制策略的主要目的是減小充電負(fù)荷的峰谷差，從而避免配電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)；分布式充電控制策略是指管理者借助通信技術(shù)動(dòng)態(tài)檢測電動(dòng)汽車的充電時(shí)間、初始狀態(tài)、充電功率等，并將動(dòng)態(tài)更新信息與優(yōu)化過程相結(jié)合，從而為電動(dòng)汽車用戶提供個(gè)體化的充電方案。

協(xié)調(diào)充電時(shí)間和智能充電策略的順利實(shí)施都需要有序充電模型作為基礎(chǔ)和保障。電動(dòng)汽車具有分散性、規(guī)?；奶攸c(diǎn)，因此，管理者需要據(jù)此提出有序充電實(shí)施架構(gòu)，并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。在構(gòu)建有序充電數(shù)學(xué)模型的過程中，可以借助AMPL軟件。該軟件是由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制的用于解決過程優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)建模軟件，可為管理人員提供多種數(shù)學(xué)建模語言，管理人員不僅可以使用自己熟悉的符號(hào)構(gòu)建模型，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型與數(shù)據(jù)文件的有效分離。雖然AMPL軟件具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但其作為一種編譯器并不能直接解答管理人員的問題，需要將數(shù)學(xué)模型文件轉(zhuǎn)化為.nl文件，并通過專門的求解器求解。結(jié)合不同種類電動(dòng)汽車的充電模式，可構(gòu)建分層優(yōu)化模型。這樣不僅可使中間管理者根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果求解優(yōu)化參數(shù)，且還可根據(jù)電動(dòng)汽車的充電功率、充電電流等信息對(duì)接入電網(wǎng)的充電負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化配置，從而有序控制每臺(tái)接入電網(wǎng)的電動(dòng)汽車的充電行為。通過上述分析，可將中間管理者與充電用戶之間的信息交換模式簡化為圖1。

GPS、地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)為構(gòu)建電動(dòng)汽車充電模式提供了有利條件，美國的研究人員利用充電控制軟件和無線通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了與單臺(tái)電動(dòng)汽車的信息通訊。這種模式不僅可以極大地滿足電動(dòng)汽車的充電需求，還可以實(shí)現(xiàn)充電優(yōu)化控制的目標(biāo)，充電用戶和中間管理者均能從中受益，且在當(dāng)前配電網(wǎng)的約束條件下，可改善電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)最小的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

本文主要分析了電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響，并從協(xié)調(diào)充電時(shí)間、進(jìn)行智能充電兩個(gè)角度提出了有序控制策略。這兩種有序控制策略實(shí)施的基礎(chǔ)和前提都是構(gòu)建有序充電模型，這也是解決配電網(wǎng)負(fù)荷問題的關(guān)鍵。

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〔編輯：張思楠〕