張曉波

（國網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,西寧 810008）

電動汽車發(fā)展對配電網(wǎng)的影響及接入技術(shù)要求

張曉波

（國網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,西寧 810008）

摘要：隨著石油資源的短缺，環(huán)境污染的加劇，電動汽車必將成為將來汽車發(fā)展的方向，而電動汽車的大規(guī)模接入，將給配電網(wǎng)的規(guī)劃和運行帶來諸多影響。本文簡要介紹了電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和未來預(yù)測，分析了電動汽車對配電網(wǎng)的影響，并提出了接入技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：電動汽車；配電網(wǎng)；接入技術(shù)

1　電動汽車發(fā)展概況

電動汽車誕生于1873年，比內(nèi)燃機汽車早13年。但受電池技術(shù)和電機控制系統(tǒng)的限制，電動汽車的發(fā)展遠(yuǎn)落后于內(nèi)燃機汽車。

目前，電動汽車的核心——電池，是制約其發(fā)展的瓶頸。從全世界范圍看，電動汽車的電池技術(shù)還有待提高。電動汽車電池的研發(fā)經(jīng)歷了鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，每種電池各有優(yōu)缺點?，F(xiàn)階段，鋰離子電池是最先進(jìn)的電池，可以達(dá)到20C以上，但其“能量比”大約只有汽油的五十分之一[1]。

電動汽車幾乎能夠做到零排放、零污染，是未來汽車最理想的選擇。2013年，全球電動汽車市場產(chǎn)銷兩旺，產(chǎn)量突破24.1萬輛，同比增長44％；銷量突破18.6萬輛，同比增長55％；電動汽車保有量也快速增長，超過35萬輛，同比上升51％。國內(nèi)電動汽車市場在政策的推動下表現(xiàn)出色。2013年國內(nèi)電動汽車產(chǎn)量3.57萬輛（包括傳統(tǒng)混合動力車型），同比增長26.2％，進(jìn)口電動車1.66萬輛；銷售超過4萬輛，年底國內(nèi)電動汽車保有量超過8萬輛[2]。

2　電動汽車發(fā)展趨勢預(yù)測

電動汽車現(xiàn)在為發(fā)展初期，隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，電池蓄電能力、充放電速度正在逐漸更新進(jìn)步。

目前，新型石墨烯電池實驗成功，可把數(shù)小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘。石墨烯儲能設(shè)備的批量生產(chǎn)，將對電池產(chǎn)業(yè)和電動汽車產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化，電動汽車產(chǎn)量將出現(xiàn)井噴式增長。

近期國內(nèi)電動汽車仍將保持快速增長的勢頭，中遠(yuǎn)期中國也將成為全球電動汽車普及度提升的重要驅(qū)動力，領(lǐng)跑環(huán)保車型的推廣。

中遠(yuǎn)期展望，普華永道預(yù)測2020年前混合動力車、插電式混合動力車將占到全球新車總銷量的1/16，即6.3％；?？松梨谠谄浒l(fā)布的《2040年能源展望》中預(yù)測，到2040年混合動力車將占全球輕型車的35％[3]；殼牌在其發(fā)布的《新視野》中預(yù)測，2030年前后電力、氫氣開始逐步“接管”汽車能源市場，到2070年電動汽車將全面取代燃油汽車[4]。

3　電動汽車接入對配電網(wǎng)的影響

未來電動汽車規(guī)?；瘧?yīng)用后電池容量較大，單車快速充電功率將達(dá)到數(shù)百千瓦以上等級，將對地區(qū)配電網(wǎng)產(chǎn)生極大的電力負(fù)荷沖擊。電動汽車充電為變流操作，需要對電動汽車充電設(shè)備的諧波等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.1對負(fù)荷特性的影響

電動汽車分整車充電和更換電池充電，充（換）電站中電池的充電時間控制相對靈活，可以在用電低谷時段集中對電池進(jìn)行充電，有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差。

作為可移動的分布式儲能單元，電動汽車可以與其他可再生能源（如風(fēng)能和光伏發(fā)電）相互配合，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的日負(fù)荷特性曲線。電動汽車接入配電網(wǎng)，可以給電力系統(tǒng)調(diào)度提供更多的可控制負(fù)荷，改變接入點的日負(fù)荷曲線，減小峰谷差，起到一定的削峰填谷的作用。具體的調(diào)節(jié)效果，由變電站負(fù)荷功率及負(fù)荷特性所決定。若地區(qū)日負(fù)荷特性曲線為典型曲線，即具有高峰低谷，而且負(fù)荷特性曲線變化平滑，則電動汽車接入后的調(diào)節(jié)效果顯著。

將來隨著電動汽車產(chǎn)銷量的不斷增加，電動汽車對配電網(wǎng)的日負(fù)荷特性的影響也將逐漸增大。如果電動汽車充電負(fù)荷控制協(xié)調(diào)合理，可以提高電力系統(tǒng)發(fā)電廠和電網(wǎng)設(shè)備的利用率，提高經(jīng)濟效益。但如果電動汽車無序充電，負(fù)荷控制協(xié)調(diào)不好，配電網(wǎng)可能產(chǎn)生“峰上加峰”的現(xiàn)象，使得電力系統(tǒng)調(diào)峰雪上加霜，大大增加配電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的壓力，影響發(fā)電廠和輸配電網(wǎng)的運行效率，并將導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時電力不足，負(fù)荷低谷時發(fā)電廠出力和電網(wǎng)供電能力過剩的矛盾越發(fā)突出。

3.2對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

電動汽車和作為用電負(fù)荷，將改變配電系統(tǒng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，并且對配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生重要影響。根據(jù)負(fù)荷特性基礎(chǔ)曲線，大規(guī)模電動汽車的充電控制和負(fù)荷管理將非常復(fù)雜，配電網(wǎng)規(guī)劃必須滿足未來電動汽車和分布式電源的接入。其中變電站電源布點、變電站容量、變電站和線路以及配變的無功補償規(guī)劃等都需要充分考慮電動汽車接入的影響，尤其是電動汽車多集中在夜晚進(jìn)行充電，使得配電網(wǎng)夜間功率發(fā)生很大變化，需綜合考慮配電網(wǎng)的負(fù)荷管理。

3.3對配電網(wǎng)設(shè)備的影響

目前，電動汽車充電設(shè)備多采用電力電子器件，充電時呈非線性負(fù)載特性，電動汽車充（換）電站將產(chǎn)生諧波，增加配電網(wǎng)諧波含量。如不治理，諧波將導(dǎo)致發(fā)電機、變壓器、線路等設(shè)備過熱，增加線損，縮短設(shè)備絕緣壽命，干擾附近控制和通信系統(tǒng)，影響電網(wǎng)中其他正常用電設(shè)備運行。同時，大規(guī)模電動汽車充電時產(chǎn)生的諧波污染將影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，造成功率因數(shù)下降、電壓畸變等。

4　電動汽車接入技術(shù)要求

4.1電動汽車充（換）電站接入系統(tǒng)

電動汽車充（換）電站專用供電系統(tǒng)應(yīng)滿足充（換）電站的充電、照明、監(jiān)控、辦公用電的需求，不應(yīng)接入其他無關(guān)的電力負(fù)荷。

（1）根據(jù)充（換）電站的建設(shè)位置和服務(wù)對象，評估其負(fù)荷大小和社會影響程度，確定負(fù)荷等級，并采用合理的供電電壓等級和線路條數(shù)。

（2）根據(jù)充（換）電站用電負(fù)荷規(guī)模，確定供電線路導(dǎo)線截面和配變?nèi)萘浚⒘粲幸欢ǖ脑６取?/p>

（3）充（換）電站配變低壓側(cè)可采用單母線接線或單母線分段接線。

（4）充（換）電站若采用2臺及以上配變的，應(yīng)避免出現(xiàn)配變高低壓環(huán)網(wǎng)運行，在低壓進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間應(yīng)設(shè)置電氣聯(lián)鎖和機械閉鎖裝置。

（5）為減少諧波的產(chǎn)生，兩回低壓線路向同一臺充電機供電時，兩回線路應(yīng)該分別接入變壓器兩個低壓移相繞組。

4.2電能質(zhì)量指標(biāo)

（1）電動汽車充（換）電站電壓和頻率須滿足GB/T 12325-2008電能質(zhì)量 供電電壓偏差和GB/T 15945-2008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差的要求。

（2）電動汽車充（換）電站、充電機的設(shè)計須充分考慮對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。滿足GB/T 14549-93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波的要求。

（3）電動汽車充電設(shè)施接入中壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，非車載的低壓充電設(shè)施的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，功率因數(shù)偏低的應(yīng)安裝就地電容器組、SVC、SVG等無功補償裝置。

5　結(jié)論

環(huán)境污染和石油資源等已經(jīng)成為社會焦點問題，電動汽車在現(xiàn)有汽車技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展儲能技術(shù)，改變能源利用方式，緩解傳統(tǒng)能源（石油）危機、促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。電動汽車作為配電網(wǎng)的新型電力負(fù)荷，其大規(guī)模發(fā)展將對現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。大力推動電動汽車的普及和應(yīng)用，將有效促進(jìn)低碳能源、低碳產(chǎn)業(yè)、低碳交通的發(fā)展，符合綠色經(jīng)濟的發(fā)展戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)：

[1]李安定.《電動汽車技術(shù)沒有所謂的同一起跑線》[J].中國周刊，2009（08）.

[2]羅艷托，湯湘華，胡愛君，陳劍鋒.《國內(nèi)外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及其對車用燃料的影響》[J].國際石油經(jīng)濟，2014（05）.

[3]?？松梨冢?040年能源展望[R].2014-02-11.

[4]殼牌，NewLensScenarios[R].2013-11-05.