淺析電動(dòng)汽車大規(guī)模接入的并網(wǎng)影響及措施

郇政林

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，溫室效應(yīng)已經(jīng)石油枯竭等問(wèn)題日益突出。各個(gè)國(guó)家逐漸認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)燃油汽車的缺點(diǎn)，并且開始鼓勵(lì)和發(fā)展電動(dòng)汽車行業(yè)。不久的將來(lái)，電動(dòng)汽車必然大規(guī)模接入電網(wǎng)，其作為雙向負(fù)荷和分布式電源，對(duì)配電網(wǎng)的影響不可忽視。

本文首先分析了時(shí)代背景，顯示了電動(dòng)汽車在新能源領(lǐng)域具有的良好前景和巨大挑戰(zhàn)。接著，簡(jiǎn)要介紹在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀和政策支持。隨后，從負(fù)荷增加、電網(wǎng)的可靠性、電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等與配電網(wǎng)正常運(yùn)行息息相關(guān)的方面展開分析，解釋了電動(dòng)汽車的大規(guī)模無(wú)序接入將對(duì)配電網(wǎng)造成的不良影響。

接下來(lái)，把新能源發(fā)電裝置與充電樁的分布式電源特性，提出將其共同作為配電網(wǎng)的備用電源的方案。提出分時(shí)計(jì)價(jià)電價(jià)政策，以此將用戶充電的無(wú)序性變?yōu)橛行蛐?，從而引?dǎo)電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到良好作用。

關(guān)鍵詞：分布式電源；電能質(zhì)量；電網(wǎng)可靠性；分時(shí)計(jì)價(jià)

一.研究背景

目前世界上的汽車主要還是以燃油車為主，傳統(tǒng)汽車具有低利用率、高污染的缺點(diǎn)。據(jù)調(diào)查，我國(guó)每年機(jī)動(dòng)車氮氧化物排放占總排放的30%以上。與此同時(shí)，我國(guó)是一個(gè)缺油大國(guó)。2017年石油消耗61，000萬(wàn)噸，其中進(jìn)口41，957萬(wàn)噸，占比68.8%.隨著化石能源的緊張，電力作為清潔能源，正受到越來(lái)越多的青睞。作為區(qū)別于上一代依靠石油作為動(dòng)力的交通工具，電動(dòng)汽車在節(jié)能減排方面表現(xiàn)優(yōu)異，特別是減少氮氧化物的二氧化碳的排放，和節(jié)約寶貴的石油資源。

近些年，國(guó)外紛紛頒發(fā)政策以促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。歐洲各國(guó)從2010年左右就開始制定電動(dòng)車發(fā)展的規(guī)劃，德國(guó)政府計(jì)劃在2030年之前消滅所有的燃油車。我國(guó)也正在融入電動(dòng)汽車的巨大潮流。但是隨著大規(guī)模的汽車充電勢(shì)必會(huì)對(duì)城市的配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行產(chǎn)生巨大的影響，因此，了解電動(dòng)汽車在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀、對(duì)配電網(wǎng)的影響，對(duì)智能配電網(wǎng)的建設(shè)具有重要意義。

二.電動(dòng)汽車現(xiàn)有狀況及政策

2.1 電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

在汽車發(fā)展領(lǐng)域，我國(guó)起步較晚，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在著較大差距。配套設(shè)施的完善和購(gòu)車成本成為車主是否想要購(gòu)買電動(dòng)汽車的制約性因素。配套設(shè)施滯后，目前主要由各大電網(wǎng)公司和能源公司興建，但是由于基礎(chǔ)建設(shè)投資較大，回報(bào)周期較長(zhǎng)，所以導(dǎo)致其積極性不高。汽車成本高，受限于研發(fā)、量產(chǎn)規(guī)模化等問(wèn)題，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，同等性能電動(dòng)汽車價(jià)格還是比較高。

2.2 政策支持

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，我國(guó)政府也制定了相應(yīng)的新能源政策：對(duì)電動(dòng)車企業(yè)提供研發(fā)補(bǔ)貼，對(duì)購(gòu)買者實(shí)施免稅政策甚至是購(gòu)車補(bǔ)貼；在全國(guó)范圍內(nèi)，尤其是在試點(diǎn)城市大力建設(shè)充電網(wǎng)絡(luò)，鋪設(shè)基礎(chǔ)便民設(shè)施，解決車主后顧之憂。以促進(jìn)電動(dòng)汽車初期市場(chǎng)的形成。

三.對(duì)配電網(wǎng)的影響

不久的將來(lái)，電動(dòng)汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)已是大勢(shì)所趨。電動(dòng)汽車主要是作為一個(gè)交通工具，但是當(dāng)大規(guī)模應(yīng)用之后，可將其看做分布式電源。它們通過(guò)充電樁和電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸。

3.1 用電負(fù)荷增加

用電負(fù)荷與電動(dòng)汽車的供能方式息息相關(guān)。一般有三種充電模式。

常規(guī)充電模式的充電速度相對(duì)較慢，其特點(diǎn)是功率較小，大小一般在5～10kV，時(shí)間平均在5～7小時(shí)。這種模式的初始安裝費(fèi)用較低，對(duì)電網(wǎng)的沖擊較小，利用電網(wǎng)的安全運(yùn)行。但是缺點(diǎn)在于不適合需要緊急充電的車輛，也不宜安裝在商場(chǎng)停車庫(kù)等人流量較大的場(chǎng)所。

快速充電模式一般采用直流充電機(jī)，可在1～2h內(nèi)完成緊急充電。其缺點(diǎn)顯而易見：一方面縮短電池的使用壽命，另一方面大電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

電源更換模式。指的是在蓄電池組用盡時(shí)直接更換充滿電的電池組，這樣直接保證了車輛的利用效率[1]。這種方式綜合了前兩種的優(yōu)點(diǎn)，既保證了電網(wǎng)、電池的安全效用又提升了效率。但是其缺點(diǎn)在于：對(duì)私家車和出租車并不方便可行，目前僅適用于電動(dòng)公交車。

3.2 電網(wǎng)可靠性

電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用不但造成負(fù)荷的大幅度增加，更表現(xiàn)在車主用車行為、充電時(shí)間與空間分布具有很強(qiáng)的不確定性。如今城市中傳統(tǒng)的配電網(wǎng)多采用無(wú)源的輻射形網(wǎng)絡(luò)，電動(dòng)汽車充電的不確定因素將導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度降低。

未經(jīng)引導(dǎo)的電動(dòng)汽車充電行為將呈現(xiàn)自然的無(wú)序狀態(tài)，有可能會(huì)出現(xiàn)以下情況：在用電高峰期車主開始充電，而在用電低谷期，車主不充電，進(jìn)而影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。所以，用戶的用車和充電行為的不確定性和隨機(jī)性加大了電網(wǎng)的控制難度。

3.3 電能質(zhì)量

電動(dòng)汽車作為非線性負(fù)荷，在直-交流變換過(guò)程中必須使用很多的電力電子器件，這會(huì)造成諧波污染。諧波畸變率是電能質(zhì)量一個(gè)重要的指標(biāo)，大規(guī)模的接入會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，使網(wǎng)損率增加，設(shè)備過(guò)度發(fā)熱甚至引起設(shè)備損壞。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐删€路壓降超過(guò)規(guī)定范圍和三相不平衡。

3.4 電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性

在配電網(wǎng)網(wǎng)損方面，主要考慮線路的線路負(fù)載率。在負(fù)荷高峰期，研究不同線路的最大負(fù)載率。目前很多線路的最大負(fù)載率很高。重要原因在于車主在用電高峰期集中充電。線路負(fù)載率上升導(dǎo)致線路發(fā)熱，從而造成無(wú)謂的電能損失。

在變壓器壽命方面，對(duì)于單臺(tái)變壓器，其負(fù)載率處于一定范圍內(nèi)最優(yōu)，如果長(zhǎng)時(shí)間工作在額定負(fù)荷以外時(shí)，則容易影響其使用壽命。

四.針對(duì)影響的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)于以上提出的電動(dòng)車的大規(guī)模接入對(duì)于配電網(wǎng)的影響，現(xiàn)提出以下幾種應(yīng)對(duì)措施。

4.1增加新能源并網(wǎng)

電動(dòng)車大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來(lái)大量的用電負(fù)荷，如何消納這些負(fù)荷，城市需要增加新的發(fā)電設(shè)備，而新能源發(fā)電應(yīng)該是今后電力系統(tǒng)的重點(diǎn)，且部分新能源技術(shù)已經(jīng)趨于完善，例如風(fēng)電、太陽(yáng)能等。

新能源作為分布式電源，也帶來(lái)了一定問(wèn)題，例如風(fēng)能發(fā)電時(shí)的不確定性，將給城市電網(wǎng)帶來(lái)諧波污染、電壓波動(dòng)等。而電動(dòng)汽車的接入相當(dāng)于在受電端增加了大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置，而且這種儲(chǔ)能裝置具有隨時(shí)性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)。新能源不但可以解決負(fù)荷量問(wèn)題，還可以與電動(dòng)汽車配合，共同作為電網(wǎng)的備用容量，互相補(bǔ)償。

4.2分時(shí)計(jì)價(jià)電價(jià)

電網(wǎng)部門可以制定更為完善的政策來(lái)使車主的無(wú)序充電行為變得有序，從而提升電網(wǎng)可靠性。主要指錯(cuò)峰優(yōu)惠：電網(wǎng)部門根據(jù)城市的用電量曲線，得出用電高峰期和低谷期，提升高峰期的電價(jià)，降低低谷期的電價(jià)，鼓勵(lì)車主利用凌晨等時(shí)間進(jìn)行充電，而避開傍晚的高峰期[2]。同時(shí)，引入智能充電技術(shù)，由此減輕電網(wǎng)負(fù)荷和避免由負(fù)荷過(guò)載而帶來(lái)的可靠性缺陷。

4.3提升電能質(zhì)量

電動(dòng)汽車是一種非線性負(fù)荷，為減少諧波污染，可以在出線端加裝電力濾波器或者是凈值無(wú)功發(fā)生器，可以有效的減少諧波污染和增加無(wú)功。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)車主用電在時(shí)間空間上的預(yù)測(cè)，加以政策引導(dǎo)，盡可能使車主做到有序充電。研究表明，有序充電可以改善電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓水平[3]。

充電樁的合理規(guī)劃也有助于提高電能質(zhì)量，應(yīng)充分考慮分時(shí)計(jì)價(jià)電價(jià)政策引導(dǎo)下的用戶行為，對(duì)充電負(fù)荷的分布進(jìn)行最大化的優(yōu)化調(diào)節(jié)，與配電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，努力構(gòu)建充電樁-配電網(wǎng)一體化。

參考文獻(xiàn)：

[1]連恒輝，萬(wàn)凌云，劉洪，屈高強(qiáng).電動(dòng)汽車充放電對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響[J].電力建設(shè)，2015，36（07）：33-39.

[2]段豪翔，呂林，向月.計(jì)及分時(shí)充電電價(jià)激勵(lì)的電動(dòng)汽車充電站與配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2017，29（01）：103-110.

[3]胡澤春，宋永華，徐智威，羅卓偉，占愷嶠，賈龍.電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（04）：1-10+25.