電動汽車負(fù)荷對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響仿真與分析

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 廣東 廣州 510600

引言

在環(huán)保的壓力和政府的扶持下,我國電動汽車行業(yè)發(fā)展十分迅速。許多學(xué)者在規(guī)?；潆娯?fù)荷對電網(wǎng)的影響等方面做了研究,對電動汽車負(fù)荷建模的研究著重于靜態(tài)負(fù)荷模型,而對充電動態(tài)過程的研究較少。電動汽車充電站作為一種大功率的電力電子器件組成的設(shè)備,未來若大量接入含有感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷等的配電網(wǎng),根據(jù)接入位置、接入點(diǎn)容量和滲透率等的不同,會對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響。

基于此,本文通過搭建電動汽車充電站的動態(tài)模型,將其和綜合負(fù)荷模型接入配網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行仿真分析,對電動汽車負(fù)荷大量接入對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響及影響因素進(jìn)行了評估和研究。

1 電動汽車負(fù)荷滲透率對電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

選擇合適的電路參數(shù),在matlab/Simulink平臺中搭建含有三相電壓源型PWM整流器、移相全橋ZVS直流變換器和動力電池組的充電站模型,每臺充電機(jī)最大充電功率35kW。在IEEE33節(jié)點(diǎn)輻射狀配電網(wǎng)中,根據(jù)有功、無功容量水平和離電源點(diǎn)遠(yuǎn)近的不同,選取若干個有代表性的節(jié)點(diǎn),接入充電站動態(tài)模型和綜合負(fù)荷模型,分析電動汽車充電站動態(tài)過程對電壓穩(wěn)定性的影響及影響因素。配電系統(tǒng)如圖1所示,該系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓為12.66kV,基準(zhǔn)容量為10MW,網(wǎng)絡(luò)總負(fù)荷為5084.26＋j2547.32kVA。

綜合負(fù)荷由用感應(yīng)電動機(jī)表示的動態(tài)負(fù)荷模型和用恒功率負(fù)荷表示的靜態(tài)負(fù)荷并聯(lián)形成。其中,感應(yīng)電動機(jī)的極限切除時間反應(yīng)了暫態(tài)電壓穩(wěn)定的水平,可以此參數(shù)作為指標(biāo),定量評估電動汽車充電站動態(tài)過程對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響以及不同特性的配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接入電動汽車負(fù)荷的穩(wěn)定水平。

圖1 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)

設(shè)感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷所占比例為30%。在0.6s時設(shè)置三相短路故障,0.7s切除。在不同的電動汽車負(fù)荷滲透率下計算得到的極限切除時間結(jié)果如下圖。

圖2 不同電動汽車負(fù)荷滲透率下的極限切除時間對比

可見,隨著電動汽車負(fù)荷滲透率的提高,節(jié)點(diǎn)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平呈先上升后下降的趨勢。在滲透率較小的時候,相對于沒有電動汽車負(fù)荷之時,暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平略有提升,這一點(diǎn)在負(fù)荷水平較高的節(jié)點(diǎn)中體現(xiàn)得尤為明顯,負(fù)荷水平較低的節(jié)點(diǎn)(2)基本持平,負(fù)荷水平最低的節(jié)點(diǎn)(3、18)則沒有上升的過程。

這是因?yàn)榍谐收现?整流器的快速響應(yīng)能力對電壓恢復(fù)起到了一定的促進(jìn)作用。由圖3可見,0.7s切除故障,恢復(fù)過程中整流器發(fā)出無功功率,提高了母線電壓,由于電壓和電磁功率Te呈正比,故而增加了加速面積,提高了極限切除時間。而整流器的調(diào)節(jié)能力是有限的,之后滲透率繼續(xù)提高,極限切除時間便開始減小。

圖3 滲透率為25%時節(jié)點(diǎn)25有功無功功率曲線

2 電動汽車負(fù)荷對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響因素

2.1 電動汽車負(fù)荷接入點(diǎn)距離根節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近 從圖2可以看出,雖然節(jié)點(diǎn)4、節(jié)點(diǎn)14和節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)18分別具有相同的負(fù)荷水平,但在各種滲透率下,距離電源點(diǎn)較遠(yuǎn)的14、18節(jié)點(diǎn)極限切除時間更小。

2.2 節(jié)點(diǎn)的無功容量大小 以負(fù)荷滲透率為25%時為例,極限切除時間隨無功容量的變化曲線如下圖。

圖4 極限切除時間隨無功負(fù)荷的變化曲線

顯然,無功容量越高的節(jié)點(diǎn),其暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平也越高,受到電動汽車負(fù)荷動態(tài)特性的影響也越小。

2.3 節(jié)點(diǎn)動態(tài)負(fù)荷比例 實(shí)際的配電網(wǎng)系統(tǒng)中,各節(jié)點(diǎn)的動態(tài)負(fù)荷比例不盡相同。如城市工業(yè)區(qū)的動態(tài)負(fù)荷比例要高于居民區(qū)和商業(yè)區(qū)。對節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)14,改變其感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷所占比例α,在不同的EV負(fù)荷滲透率下進(jìn)行仿真,得到結(jié)果如下圖?？梢妱討B(tài)負(fù)荷含量越高的節(jié)點(diǎn),其暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平越容易受到電動汽車動態(tài)的影響。

圖5 不同動態(tài)負(fù)荷比例下的極限切除時間對比

3 結(jié)論

本文從電動汽車充電機(jī)的動態(tài)模型出發(fā),將其接入配電網(wǎng)仿真算例中,以同節(jié)點(diǎn)的感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷極限切除時間為指標(biāo),研究不同電動汽車滲透率下的暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平及其影響因素。結(jié)果顯示：在滲透率較小的時候,由于整流器能快速響應(yīng)發(fā)出無功,暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平相對于沒有電動汽車負(fù)荷之時略有提升,在負(fù)荷水平較高的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)更明顯。而滲透率進(jìn)一步提高時,電動汽車充電負(fù)荷開始對暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平產(chǎn)生不利影響。對比各個接入點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn),充電站動態(tài)過程對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平的影響與接入點(diǎn)無功容量大小、接入點(diǎn)與電源節(jié)點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近以及接入點(diǎn)動態(tài)負(fù)荷所占比例有很大關(guān)系,在充電站選址建設(shè)中應(yīng)予以重視。通過評估和分析電動汽車充電站動態(tài)過程對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平的影響及其影響因素,為電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的參考。結(jié)合電動汽車充電隨機(jī)特性和控制策略研究充電站的動態(tài)特性,將是下一步的方向。