曾祥勝 陶麗芬 劉淑瓊

摘 要：由國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可看，對(duì)充換電一體換電站配置的研究成果較少，且很少涉及到換電站動(dòng)力電池及充電機(jī)的容量配置問(wèn)題。如何盡可能降低換電站的投資、維護(hù)成本，提出更可靠的優(yōu)化方案，是目前尚未解決的問(wèn)題。因此文章將以現(xiàn)有的電動(dòng)汽車(chē)換電站充電方式為根據(jù)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入配網(wǎng)系統(tǒng)后的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析討論，其結(jié)論對(duì)現(xiàn)代新能源汽車(chē)的接入對(duì)配網(wǎng)影響有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；配電網(wǎng)；充電池

中圖分類(lèi)號(hào)：TU852 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0042-02

Abstract： From the research status at home and abroad， it can be seen that there are few research results on the configuration of rechargeable and commutated integrated power stations， and it rarely involves the capacity allocation of power batteries and chargers in the power stations. How to reduce the cost of investment and maintenance as much as possible and put forward a more reliable optimization scheme are unsolved problems at present. Therefore， based on the existing charging mode of electric vehicle for power station， this paper will analyze and discuss the related problems after the electric vehicle is connected to the distribution network system， and the conclusion has certain reference significance to the influence of modern new energy vehicle access on distribution network.

Keywords： electric vehicle； distribution network； rechargeable battery

引言

在現(xiàn)有充電模式下，電動(dòng)汽車(chē)充電也存在著許多問(wèn)題。比如，如果電動(dòng)汽車(chē)的普及度更加廣泛之時(shí)，例如出租車(chē)與公交車(chē)，由于其數(shù)量龐大，且不允許長(zhǎng)時(shí)間等候，因此如何提高服務(wù)率，降低排隊(duì)的時(shí)間便成為其中之一的問(wèn)題。再者，也是最重要的，如果沒(méi)有一個(gè)有序的充電次序，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成巨大的傷害。例如在夏季或者每天的用電高峰時(shí)涌入大量的充電負(fù)荷，其中的無(wú)功設(shè)備會(huì)消耗大量的無(wú)功功率，進(jìn)而可能會(huì)造成系統(tǒng)的無(wú)功功率急劇上升，從而使得用戶(hù)電壓降低，進(jìn)而可能會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生崩潰的危險(xiǎn)。而如果進(jìn)行有序的充電，不僅可以有效利用資源，在低電價(jià)時(shí)進(jìn)行充電，減小運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也可以起到削峰填谷的作用。

1 換電站類(lèi)型及結(jié)構(gòu)

電動(dòng)汽車(chē)換電站主要由配電變壓器、充電機(jī)、動(dòng)力電池組及其更換裝置等部分組成。

（1）充電機(jī)：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，是充電的主要裝置；（2）配電變壓器：接入系統(tǒng)的電壓分布網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到充電器的額定輸入電壓；（3）動(dòng)力電池組：由充電機(jī)為其供給電能進(jìn)行充電。這相當(dāng)于普通動(dòng)力汽車(chē)的油箱，提供最基本的動(dòng)力支持；（4）動(dòng)力電池組更換裝置：顧名思義，這是為各個(gè)車(chē)主提供最基本的電池更換服務(wù)。另外，換電站中還應(yīng)配備完成充電和待充電電池組的存儲(chǔ)倉(cāng)，以及電池傳送裝置。

2 電動(dòng)汽車(chē)換電站原理及類(lèi)型

交流充電樁，電動(dòng)汽車(chē)更換站是兩種類(lèi)型的充電設(shè)施，而根據(jù)功能的能力，能力和設(shè)備，根據(jù)其建設(shè)規(guī)?？煞譃槿?lèi)，即大型，中型和小型。同時(shí)，根據(jù)是否對(duì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身分離補(bǔ)充電力的電池，它可分為汽車(chē)充電和更換電池的方式有兩種充電。

其中，整車(chē)充電方式是通過(guò)專(zhuān)用插頭使得充電機(jī)與車(chē)輛連接，并與車(chē)載的系統(tǒng)管理充電，進(jìn)而完成充電的控制。這種充電方式過(guò)程比較容易，不用換卸電池，儲(chǔ)存等過(guò)程，故而成本較低；但是因?yàn)檎?chē)充電會(huì)使得車(chē)輛占用充電樁，從而占用一定的運(yùn)營(yíng)空間與時(shí)間，從而使得利用率較低，更不利于維持電池的使用壽命，從而使得維修費(fèi)用加大。

而電池更換的方式可以使得車(chē)輛在短時(shí)間內(nèi)離開(kāi)從而保證充電站的繼續(xù)運(yùn)營(yíng)，減小排隊(duì)時(shí)間，從而提高服務(wù)質(zhì)量，而且可以提高電池組的均衡性，從而降低電池的維修費(fèi)用。但是這樣會(huì)增加充電機(jī)的數(shù)量，線(xiàn)路排布復(fù)雜，數(shù)量較多，設(shè)備成本較高。

不同的充電方式有其不同的特點(diǎn)，所以使用范圍也有所不同。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合車(chē)輛的種類(lèi)、數(shù)量，電池的性能，運(yùn)營(yíng)的成本等諸多因素進(jìn)行最優(yōu)的選擇。在實(shí)際中，郵政車(chē)、商務(wù)車(chē)、工程車(chē)和公車(chē)適合某一停車(chē)場(chǎng)的整車(chē)充電，而出租車(chē)更適合短時(shí)間內(nèi)的電池更換。

下面我們對(duì)不同的充電方式做一個(gè)定量化的對(duì)比。整車(chē)充電方式中根據(jù)其時(shí)間長(zhǎng)短還可以細(xì)分為快速充電和普通充電。

（1）普通的充電方式。顧名思義，這是一種耗時(shí)比較長(zhǎng)的方式。這種方式更多的應(yīng)用于廣大的停車(chē)場(chǎng)或者居民區(qū)、停車(chē)場(chǎng)等等。其充電的時(shí)間會(huì)持續(xù)6到10個(gè)小時(shí)。而充電時(shí)的額定電流平均在15安培左右。且充電樁的成本也比較低，大約在2萬(wàn)元左右。同時(shí)，這種方式可以滿(mǎn)足低谷充電的要求。但是這種模式的缺點(diǎn)在于充電樁的集體修建會(huì)消耗大量的用地面積，維修費(fèi)用比另外兩種方式較大，并且排隊(duì)數(shù)量和時(shí)間也會(huì)加大。

（2）快速的充電方式。這種方式的持續(xù)時(shí)間會(huì)維持在15分鐘到半個(gè)小時(shí)，因此其充電電流較大，大約在200到400安培。而這種充電方式必然會(huì)應(yīng)用于車(chē)流量較大，或者郊外的主干道旁。因此，高速公路的服務(wù)區(qū)、大城市的外環(huán)路都可以成為這種方式存在的主要區(qū)域。而因?yàn)槠涑潆姼鼮榉奖憧旖?，成本自然?huì)比較高昂，據(jù)有關(guān)人員估算，此換電站的費(fèi)用會(huì)在300到500萬(wàn)，如此看來(lái)成本非常高，且維修的費(fèi)用也比較高昂。同時(shí)，由于其不會(huì)刻意安排充電時(shí)間，屬于隨到隨充，因此其對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大，無(wú)法很好的實(shí)現(xiàn)谷荷充電。

（3）電池更換。此種充電方式應(yīng)用的特點(diǎn)可以涵蓋上述兩種方式，既可以應(yīng)用于高速公路、省級(jí)公路，又可以應(yīng)用于城市主干道和居民區(qū)。因?yàn)榇朔N方式不用馬上充電，因此車(chē)主在換電服務(wù)消耗的時(shí)間可能只需要5分鐘。同時(shí)，換下的電池可以集中安排充電，充電電流一般維持在30A上下。也正因?yàn)槿绱?，電?dòng)汽車(chē)換下的電池可以在低谷時(shí)段進(jìn)行充電，在提高安全性和可靠性的前提下，又可以確保第二天的換電服務(wù)正常展開(kāi)。此種方案的成本大約是正常換電站的1.6倍，并且維修和管理費(fèi)用也比較合適。

3 可行的相關(guān)方案

根據(jù)上文所列的相關(guān)問(wèn)題，并結(jié)合智能電網(wǎng)和大規(guī)模應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境下，提出以下的可行方案。

3.1 換下就充策略

此策略的優(yōu)點(diǎn)在于可以在比較快的速度內(nèi)完成充電，充電時(shí)間可以控制在10分鐘之內(nèi)。因?yàn)槿丝诘脑?，在大?guī)模普及電動(dòng)汽車(chē)的背景下，在生活壓力的促使下，更換電池的人數(shù)與電池?cái)?shù)量必將陡然上升，這必然會(huì)增加電池更換的壓力。因此這種策略非常適合人口聚集的東部特大城市，例如上海，北京，廣州等，或者類(lèi)似于北京回龍觀小區(qū)的人口聚居區(qū)。但因?yàn)榇顺潆娔Ｊ綍?huì)在全天的任意時(shí)間內(nèi)充電，且大部分時(shí)間是在人頭攢動(dòng)的白天，因此在用電高峰時(shí)段也會(huì)存在充電的可能性，這樣會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的威脅。雖然此策略會(huì)存在一定的威脅，但是此種方案可以滿(mǎn)足換電服務(wù)要求，減小排隊(duì)時(shí)間，因此只要可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控，也可以將威脅降到最低。

3.2 高電價(jià)時(shí)不充

此種用電策略避開(kāi)高電價(jià)，可以有效減小換電站的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)可以有效避開(kāi)用電高峰，進(jìn)而減小對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。同時(shí)，此種充電方案可以在低成本的情況下有效增加白天的充電量，進(jìn)而可以提高服務(wù)的質(zhì)量。因?yàn)楦唠妰r(jià)時(shí)段周?chē)臅r(shí)間基本都是平荷時(shí)段，這會(huì)將在峰荷時(shí)段積攢的電池?cái)?shù)量加到平荷時(shí)段，從而使得平荷時(shí)段的電池?cái)?shù)量陡然上升，這也會(huì)對(duì)服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。另外，因?yàn)槠胶蓵r(shí)段的電價(jià)相比較于低谷時(shí)段也有非常大的差距，因此這種方案所產(chǎn)生的成本問(wèn)題對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，相比較于方案一，此方案也可以作為一種不錯(cuò)的運(yùn)營(yíng)方式。

3.3 低電價(jià)時(shí)段充

因?yàn)榈碗妰r(jià)時(shí)段一般都是在傍晚之后，因此此種方案大部分時(shí)間會(huì)在晚上進(jìn)行充電。這種充電方式可以大量用于居民小區(qū)。這種充電方式會(huì)使得晚上的充電電池?cái)?shù)量非常龐大，這對(duì)于換電站工作人員對(duì)于充電的調(diào)度和有序進(jìn)行是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。雖然這種方式有其一定的缺點(diǎn)，但是因?yàn)橥砩系碾妰r(jià)相比于白天會(huì)有非常大的落差，這對(duì)于擁有電動(dòng)汽車(chē)的廣大民眾是一個(gè)非常的優(yōu)惠。同時(shí)，雖然晚上充電可能會(huì)導(dǎo)致白天的充電量不足，但是這樣可以在晚上充電完全，從而保證第二天不因?yàn)殡娏坎蛔愣黄瘸潆?。?jù)資料顯示，當(dāng)充電完全后，在第二天能夠行駛的平均距離在100公里以上，這樣以矣保證安全運(yùn)營(yíng)。同時(shí)，在低谷充電可以有效減小對(duì)電網(wǎng)的威脅，將危險(xiǎn)降低到最小。因此，此種方案可以成為一種運(yùn)營(yíng)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]李秋碩，肖湘寧，郭靜，等.電動(dòng)汽車(chē)有序充電方法研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（12）.

[2]徐智威，胡澤春，宋永華，等.充電站內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（11）：38-42.

[3]田文奇，和敬涵，姜久春，等.基于自適應(yīng)變異粒子群算法的電動(dòng)汽車(chē)換電池站充電調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（11）：25-29.

[4]田文奇.基于時(shí)空雙尺度的電動(dòng)汽車(chē)換電站有序充電調(diào)度方法[D].北京交通大學(xué)，2013，10.

[5]王志民.電動(dòng)汽車(chē)充換電站直流微網(wǎng)的控制探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（35）：227.

[6]湯佩文，陳余壽，姜天翔.電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的影響研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（15）：13-14.

[7]寇亮.電動(dòng)汽車(chē)換電站的完善與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（01）：19.