王景震 梁致珊

【摘 要】 在國內(nèi)外，電動(dòng)汽車的應(yīng)用將成為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的必經(jīng)之路。其大規(guī)模的入網(wǎng)充電對電網(wǎng)產(chǎn)生不可忽略的影響，而配電網(wǎng)作為其接入端，影響是直接性的，威脅配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，惡化用戶的電能質(zhì)量。隨著電動(dòng)汽車的推廣普及，用戶充電時(shí)間和空間上的隨機(jī)性將增加電網(wǎng)運(yùn)行的不確定影響因素。本文在對我國電動(dòng)汽車設(shè)施及其發(fā)展趨勢進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究了電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響。

【關(guān)鍵詞】 電動(dòng)汽車 ?充電 ?電網(wǎng) ?發(fā)展 ?影響

世界各國政府和人民越來越重視智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)中一個(gè)重要組成部分就是電動(dòng)汽車，其往往具有較為廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前，汽車企業(yè)在金融危機(jī)后正進(jìn)入全面的能源轉(zhuǎn)型期，全世界都已經(jīng)認(rèn)識到大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的潛力。可以預(yù)計(jì)，電動(dòng)汽車的廣泛普及在未來城市中必不可少，通過大規(guī)模電動(dòng)汽車充電站的運(yùn)營能有效滿足推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)、發(fā)展清潔環(huán)保型電力能源的需求。

1 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢預(yù)測

（1）電動(dòng)汽車將快速導(dǎo)入市場，2020-2030年將初具規(guī)模近期，專家預(yù)測2014年將是電動(dòng)汽車快速導(dǎo)入的一年，全球電動(dòng)汽車市場也將發(fā)生較大變革。根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)IHS Automotive發(fā)布的最新研究報(bào)告，2014年全球電動(dòng)汽車產(chǎn)量增長67%，至40.3萬輛，增幅較2013年的44%進(jìn)一步上升。

（2）完全依靠補(bǔ)貼和政府投入在公共系統(tǒng)的推廣都是不可持續(xù)的，必須找到在私人領(lǐng)域推廣電動(dòng)汽車的突破口，這就需要提高電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和使用便利性，同時(shí)降低購車成本。電動(dòng)汽車車身輕量化技術(shù)的進(jìn)步、電池能量密度的提高以及充電設(shè)施與其他公用設(shè)施的結(jié)合和完善，使電動(dòng)汽車的認(rèn)知程度不斷提高，逐漸被車主接受，甚至2014年在北京出現(xiàn)了申購新能源汽車不得不采取搖號的方式。

2 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響因素

電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響因素主要有電動(dòng)汽車的普及程度、電動(dòng)汽車的類型、電動(dòng)汽車的充電方式以及電動(dòng)汽車的起始充電時(shí)間。

2.1 電動(dòng)汽車的普及程度

電動(dòng)汽車的普及程度不同對電網(wǎng)的影響大小也不同。電動(dòng)汽車數(shù)量較少，對電網(wǎng)的影響非常小，而當(dāng)數(shù)量較大時(shí)，其對電網(wǎng)的影響將不容忽視。

2.2 電動(dòng)汽車的類型

本文指的電動(dòng)汽車的類型主要是不同用途的汽車。不同類型電動(dòng)汽車的充電電路和充電時(shí)間是不一樣的。充電所需時(shí)間越長，其對電網(wǎng)造成產(chǎn)生的影響越大。

2.3 電動(dòng)汽車的充電方式

目前，電動(dòng)汽車充電方式主要分整車充電模式和更換電池模式，不同的充電方式可以應(yīng)用于不同類型的汽車，如更換電池模式適合在公交公司、出租車公司使用，而對于私家車，可以選擇在夜間電價(jià)便宜時(shí)對汽車慢速充電。

2.4 電動(dòng)汽車的起始充電時(shí)間

不同的起始充電時(shí)間對電網(wǎng)的影響差異很大，如果在峰荷時(shí)間進(jìn)行充電將加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行; 但如果在負(fù)荷低谷時(shí)段進(jìn)行充電將會增加低谷負(fù)荷，起到“填谷”效果，對電網(wǎng)的運(yùn)行有利。

3 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響分析

3.1 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)負(fù)荷供給與平衡的影響

電動(dòng)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(shí)間控制相對靈活，可以在用電低谷時(shí)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(dòng)的分布式儲能單元，電動(dòng)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(dòng)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(diǎn)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(dòng)汽車接入后的調(diào)節(jié)效果顯著。

將來隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量的不斷增加，電動(dòng)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(dòng)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(jì)效益。但如果電動(dòng)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(yùn)行效率，并將導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)電力不足，負(fù)荷低谷時(shí)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 電動(dòng)汽車入網(wǎng)充電對電能質(zhì)量的影響

諧波污染則是電動(dòng)汽車充電機(jī)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量的主要影響方面。對于連接城市電網(wǎng)運(yùn)行的電動(dòng)汽車充電站連接來說，配電網(wǎng)必然受到其產(chǎn)生的諧波污染的影響，這種不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面;一是，對于電能表來說，造成用戶支出電費(fèi)增加，這是因?yàn)橛?jì)費(fèi)時(shí)的電能表則會把諧波作為有功功率;二是，對于變壓器來說，變壓器的銅耗以及雜散損耗會因?yàn)橹C波電流而增加，鐵耗則因?yàn)橹C波電壓而增加，變壓器的噪聲增大也是由于諧波注入影響;三是，對于輸電線路來說，使得線路損耗和發(fā)熱量增加;四是，對于電設(shè)備來說，計(jì)算機(jī)等電視設(shè)備在諧波較高的影響下而會產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài);五是，對于補(bǔ)償電容器組來說，電容器的壽命也受到注入的諧波電流的影響，這是因?yàn)槠淠茉斐呻娙萜鞯碾妷汉桶l(fā)熱量升高，大大縮短其實(shí)用壽命;六是，對于繼電保護(hù)裝置來說，在諧波電流的影響下，某些繼電保護(hù)裝置是由序分量過濾器組成，容易受到諧波電流的干擾，而不能正常工作。

在電力系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波并進(jìn)行傳播，這是系統(tǒng)中的公害，則會對于電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來極大問題，嚴(yán)重干擾到各種電力設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)該采取一定有效措施。

3.3 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的影響

在對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的影響研究主要集中在變壓器的損耗，電網(wǎng)線損和額外的電力系統(tǒng)設(shè)備投資上。電動(dòng)汽車充電時(shí)對變壓器的影響，在低滲透率下，影響可以忽略不計(jì)，但越來越多的電動(dòng)汽車數(shù)量將會增加變壓器的損耗。國外學(xué)者以洛杉磯和佛蒙特兩個(gè)地方的電網(wǎng)系統(tǒng)作為算例，研究了電動(dòng)汽車充電行為對15kVA和25kVA的配電變壓器的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示一定數(shù)量的電動(dòng)車充電會使配電變壓器大幅老化，使用壽命縮短。

3.4 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)規(guī)劃的影響

智能充電操作在配電網(wǎng)側(cè)能顯著平抑電網(wǎng)負(fù)荷、頻率波動(dòng)，降低電網(wǎng)峰谷差，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，降低電網(wǎng)備用發(fā)電容量需求，顯著改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，因此，需要在電網(wǎng)規(guī)劃中考慮相關(guān)影響。

3.5 電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)交易模式的影響

隨著分時(shí)電價(jià)的實(shí)施，電動(dòng)汽車將采取不同的控制方式在不同時(shí)段從電網(wǎng)獲取電能補(bǔ)給，因此電網(wǎng)與電動(dòng)汽車交易模式將由簡單變復(fù)雜，需要更加先進(jìn)的電力市場來支撐。

4 有序充電控制策略

基于電動(dòng)汽車充電負(fù)荷預(yù)測和充電負(fù)荷對電網(wǎng)的影響制定有序充電控制策略。通過制定不同層級、不同區(qū)域的有序控制策略，同時(shí)應(yīng)用合適的激勵(lì)策略，形成整體有序控制策略。

4.1 分區(qū)有序充電控制

充電基礎(chǔ)設(shè)施在車輛種類和服務(wù)范圍上可能會有交叉。因此在制定有序控制策略時(shí)，應(yīng)考慮相互之間的配合，做到既能夠覆蓋所有電動(dòng)汽車運(yùn)行范圍，又能夠在相互重疊區(qū)域提供經(jīng)濟(jì)的電力供應(yīng)。

4.2 電動(dòng)汽車充電的激勵(lì)策略

私人是未來電動(dòng)汽車的主要用戶，充電行為規(guī)律相對隨機(jī)，是最需要進(jìn)行引導(dǎo)的群體。因此，通過基于需求側(cè)響應(yīng)的基本方法和理論，結(jié)合電動(dòng)汽車需求特性，研究引導(dǎo)和激勵(lì)私人電動(dòng)汽車用戶參與有序充電的服務(wù)價(jià)格體系建立，為各層級多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制策略的實(shí)施提供手段。

4.3 分層級多目標(biāo)協(xié)調(diào)策略

（1）電網(wǎng)級有序充電控制策略。在電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行上對電動(dòng)汽車充電負(fù)荷進(jìn)行管理與監(jiān)控，針對不同區(qū)域電網(wǎng)中并網(wǎng)充電負(fù)荷的變化做出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案與應(yīng)對措施等。通過通信信道將控制信息反饋至各個(gè)充電設(shè)施，與其他層級形成控制呼應(yīng)。同時(shí)，在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，加強(qiáng)電動(dòng)汽車充電造成的電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。（2）站級充電服務(wù)單元有序充電控制策略。站級充電服務(wù)單元位于各個(gè)控制區(qū)域的綜合控制中心或變電站內(nèi)，負(fù)責(zé)對充電樁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。該服務(wù)單元的有序充電控制策略是對管理區(qū)域內(nèi)的充電樁進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，是實(shí)現(xiàn)有序充電控制最重要的一層。（3）有序充電引導(dǎo)策略。有序充電引導(dǎo)策略是指對用戶充電行為提供的實(shí)用化引導(dǎo)的方法。例如通過車輛導(dǎo)航對有充電需求的車輛提供導(dǎo)航服務(wù)，引導(dǎo)其進(jìn)入充換電服務(wù)點(diǎn)，或者通過短信通知給私人電動(dòng)汽車用戶發(fā)送信息，引導(dǎo)充電時(shí)間、避開高峰充電。

5 結(jié)語

目前，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期，大量電動(dòng)汽車的充電行為將給電網(wǎng)帶來較大影響，而電動(dòng)汽車的儲能特性也將為電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供新的機(jī)遇。電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響受電動(dòng)汽車商業(yè)發(fā)展模式的影響巨大，當(dāng)前仍存在較大的不確定性;從負(fù)荷平衡的角度來看，電動(dòng)汽車使用和充電的時(shí)間特性具有削峰填谷的功能，因此對輸電網(wǎng)影響不大，而電動(dòng)汽車充電的群聚效應(yīng)對配網(wǎng)局部將產(chǎn)生較大的影響，這方面仍有待深入研究。另一方面，當(dāng)前我國充電設(shè)施建設(shè)如火如荼，但相應(yīng)的充電站布點(diǎn)和容量規(guī)劃缺乏成熟的理論和方法。

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