電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響及應(yīng)對(duì)策略研究

鄧志偉 李淑春

【摘 ?要】汽車(chē)產(chǎn)業(yè)朝著低碳、清潔、高效、智能方向轉(zhuǎn)變已成必然趨勢(shì)。隨著技術(shù)不斷完善、成本快速下降，電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、智能等屬性得到越來(lái)越多消費(fèi)者的認(rèn)可，在汽車(chē)市場(chǎng)中的份額不斷擴(kuò)大。隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的快速增長(zhǎng)，其大規(guī)模接入將會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一系列不可忽視的影響。本文簡(jiǎn)單分析了電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響，闡述了電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響因素，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電在電網(wǎng)影響方面的應(yīng)對(duì)策略展開(kāi)了深入研究分析。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē)充電;電網(wǎng)影響;應(yīng)對(duì)策略

引言：

電動(dòng)汽車(chē)具備有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)越來(lái)越受到人們青睞，使用電動(dòng)汽車(chē)，能夠在提高能源利用率的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞。當(dāng)前世界多數(shù)國(guó)家制定有相應(yīng)政策促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展，我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)方面給予不限號(hào)等政策支持，電動(dòng)汽車(chē)迅猛發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)充電屬于負(fù)荷的一種，在充電行為方面有著隨機(jī)性特點(diǎn)，電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)序充電非常容易導(dǎo)致電網(wǎng)受到不利影響，必須要提高在電動(dòng)汽車(chē)充電方面重視度。在 V2G 技術(shù)出現(xiàn)后，電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)連接不僅可以作為一種負(fù)荷，也可以作為電源使用，在用電高峰為電網(wǎng)提供電能，在用電低谷從電網(wǎng)吸收電能，使電網(wǎng)峰谷差得到有效控制。因此，做好電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響探索，給予針對(duì)性的應(yīng)對(duì)控制策略十分關(guān)鍵，本文就此展開(kāi)了研究分析。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響

1.1 能源供給

電動(dòng)汽車(chē)保有量越來(lái)越多，電動(dòng)汽車(chē)耗電量在社會(huì)總用電量方面比例有明顯增加，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電在較為極端情況下會(huì)出現(xiàn)極充電峰值，選擇電網(wǎng)建設(shè)以及新增裝機(jī)容量等方式滿(mǎn)足電網(wǎng)新增符合需求，將非常容易導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備利用率嚴(yán)重下降，給整個(gè)電網(wǎng)資源帶來(lái)不必要的浪費(fèi)。

1.2 穩(wěn)定運(yùn)行

電動(dòng)汽車(chē)充電存在有非常大隨機(jī)性特點(diǎn)，電力系統(tǒng)中接入過(guò)多電動(dòng)汽車(chē)后，容易增加在電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制等方面的不確定性，進(jìn)而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，大規(guī)模電動(dòng)車(chē)接入電網(wǎng)后在無(wú)序充電過(guò)程中其負(fù)荷峰值可能超過(guò)整個(gè)電網(wǎng)限度，對(duì)電網(wǎng)供需平衡造成嚴(yán)重影響，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性無(wú)法得到保證。

1.3 電能質(zhì)量

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備屬于一種非線(xiàn)性的電子設(shè)備，將其接入電網(wǎng)，容易導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)諧波污染，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的嚴(yán)重下降。如果未給予針對(duì)性的處理措施，還容易降低功率因數(shù)、出現(xiàn)電壓畸變等情況，對(duì)電容器以及變壓器設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響。在大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電過(guò)程中，配電網(wǎng)整個(gè)質(zhì)量嚴(yán)重下降。

1.4 繼電保護(hù)

以往的配電網(wǎng)受電端屬于無(wú)源輻射型網(wǎng)絡(luò)，繼電保護(hù)操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單。電動(dòng)汽車(chē)的充電規(guī)律很大程度上受到車(chē)主出行習(xí)慣因素影響，電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)充電，容易導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷準(zhǔn)確預(yù)測(cè)受到影響，電網(wǎng)監(jiān)控以及調(diào)度難度有明顯增大。另外，如果允許電動(dòng)汽車(chē)向配電網(wǎng)放電，那么電動(dòng)汽車(chē)還將作為移動(dòng)分布式電源，改變配電網(wǎng)輻射狀供電模式，不再單穿的從變電站向著用戶(hù)端流動(dòng)，很大程度上增大繼電保護(hù)設(shè)計(jì)復(fù)雜性，如果未做好各項(xiàng)配合，容易有保護(hù)誤動(dòng)等情況出現(xiàn)，供電可靠性降低。

1.5 網(wǎng)絡(luò)損耗

在負(fù)荷高峰時(shí)間段，有較大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，所產(chǎn)生的充電負(fù)荷非常容易降低電網(wǎng)電壓以及供電緊張，同時(shí)導(dǎo)致線(xiàn)路的損耗和變壓器損耗增大。

2 電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響因素

首先，電動(dòng)汽車(chē)普及程度，當(dāng)前我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量相對(duì)較小，對(duì)配電網(wǎng)的影響還不是十分明顯，隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的增多，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生越來(lái)越大影響;其次，電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)型，不同功能電動(dòng)汽車(chē)在充電時(shí)間和使用時(shí)間方面存在有明顯差異性，不同充電時(shí)間，會(huì)給配電網(wǎng)造成不同影響;再次，電動(dòng)汽車(chē)的起始充電時(shí)間，在配電網(wǎng)運(yùn)行高峰情況下充電，會(huì)很大程度上影響配電網(wǎng)的安全運(yùn)行;最后，電動(dòng)汽車(chē)充電方式，當(dāng)前我國(guó)個(gè)人電動(dòng)汽車(chē)充電多選擇整車(chē)充電方式，公交車(chē)等主要使用電池充電。

3 電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響的應(yīng)對(duì)策略

3.1 有序充電方法

從電網(wǎng)符合角度來(lái)講，必須要避開(kāi)電網(wǎng)常規(guī)用電高峰，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷給予合理分散，減少電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)其他負(fù)荷造成的額沖擊，節(jié)約發(fā)輸配電方面建設(shè)成本，維持電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。因此，需要從電動(dòng)汽車(chē)日耗電量需求角度展開(kāi)分析，利用技術(shù)或者經(jīng)濟(jì)方面手段引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)展開(kāi)有序充電，利用充電站完成充電，提高電動(dòng)汽車(chē)充電管理水平。

在實(shí)際應(yīng)用中，可采取分時(shí)電價(jià)方式調(diào)控電動(dòng)汽車(chē)的充電行為，試下對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電的有序控制，這一控制方法從充電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益最大化角度出發(fā)分析考慮，以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電需求等作為約束條件，建立相應(yīng)的優(yōu)化模型。利用模型模擬，分析有序充電和無(wú)序充電情況下典型日負(fù)荷曲線(xiàn)，無(wú)序充電模式下，夜間晚高峰，會(huì)有非常多電動(dòng)汽車(chē)接入配電網(wǎng)，峰谷差明顯增大。選擇有序充電模式，雖然未增大晚高峰情況，但是夜間谷電期，購(gòu)電價(jià)格相對(duì)較為便宜，充電站為了獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)在這一時(shí)間段給電動(dòng)車(chē)集中充電，出現(xiàn)有新的夜間電網(wǎng)局部用電高峰，表明隨著電動(dòng)汽車(chē)的大量接入電網(wǎng)，僅采取分時(shí)電價(jià)方式針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電行為進(jìn)行調(diào)控非常容易造成大量電動(dòng)汽車(chē)在低電價(jià)時(shí)間段充電，電網(wǎng)出現(xiàn)新的用電高峰。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響的有效控制，僅采取分時(shí)電價(jià)方式有序充電還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，未來(lái)還需要在這一方面展開(kāi)更為深入全面分析研究。

3.2 諧波抑制技術(shù)

電動(dòng)汽車(chē)充電站接入電網(wǎng)前需要做好對(duì)諧波的抑制，以改善電能質(zhì)量。當(dāng)前所使用的諧波抑制技術(shù)主要集中在以下幾個(gè)方面：第一，增加換流裝置脈動(dòng)數(shù)，當(dāng)前充電站存在有較大的低次特征諧波電流，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這一諧波電流的有效抑制，充電站廠(chǎng)家需要進(jìn)行技術(shù)審計(jì)，利用多重移相疊加等技術(shù)，提高脈動(dòng)數(shù)。為了避免更換充電站設(shè)備所造成的成本增大情況，可利用現(xiàn)有充電站，對(duì)充電站進(jìn)線(xiàn)改裝二次繞組整流變壓器，實(shí)現(xiàn)對(duì)低次特征諧波電流的有效抑制;第二，使用無(wú)源型交流濾波器，該濾波裝置由電抗器、電阻器和電容器等組合而來(lái)，與充電站負(fù)荷并聯(lián)連接，不僅有濾波作用，同時(shí)還具備無(wú)功補(bǔ)償特性，能夠滿(mǎn)足調(diào)壓方面需要。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便維護(hù)、運(yùn)行可靠性高，當(dāng)前在充電站方面有著非常廣泛應(yīng)用，在容量設(shè)計(jì)方面，不僅能夠滿(mǎn)足諧波電流吸收需要，同時(shí)還不會(huì)有無(wú)功補(bǔ)償出現(xiàn);第三，有源濾波器，充電機(jī)的負(fù)荷特性變化相對(duì)較快，很難保持濾波、調(diào)壓以及無(wú)功補(bǔ)償方面要求始終協(xié)調(diào)，導(dǎo)致無(wú)源濾波無(wú)法滿(mǎn)足各個(gè)方面需要，可考慮使用有源濾波技術(shù)，利用有源濾波器達(dá)到理想的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)充電會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)較大的影響和沖擊，必須要結(jié)合實(shí)際情況給予針對(duì)性的控制策略。從有序充電方法和諧波抑制技術(shù)兩個(gè)方面出發(fā)，減少電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響和沖擊，為我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司鷹潭供電分公司）