摘 要：電動(dòng)汽車在充電過(guò)程中成為接入電網(wǎng)的一個(gè)負(fù)載，大量用戶在給電動(dòng)汽車充電過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)造成了一定壓力。本文分析了電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)影響，闡述目前的應(yīng)對(duì)策略，指出了目前應(yīng)對(duì)策略的不足，并提出了建議。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車充電 電網(wǎng)影響 應(yīng)對(duì)策略

Abstract：Electric vehicles become a load connected to the grid during the charging process， and a large number of users put a certain pressure on the grid during the charging process of electric vehicles. This article analyzes the impact of electric vehicle charging on the power grid， expounds the current countermeasures， points out the shortcomings of the current countermeasures， and makes recommendations.

Key words：electric vehicle charging; power grid impact; countermeasures

1 引言

隨著碳排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的燃油汽車受到強(qiáng)烈沖擊，因此，零碳排放的電動(dòng)汽車隨后出現(xiàn)。用戶在購(gòu)買新車的過(guò)程中，由于電動(dòng)汽車在使用過(guò)程中低碳、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，越來(lái)越多的人選擇電動(dòng)汽車作為自己的購(gòu)車首選。國(guó)家為了促進(jìn)電動(dòng)汽車成為人們購(gòu)車首選目標(biāo)，國(guó)家對(duì)購(gòu)買電動(dòng)汽車的用戶給予一定的購(gòu)車補(bǔ)貼，并且電動(dòng)汽車在城市道路行駛實(shí)行不限號(hào)政策，促進(jìn)人們對(duì)電動(dòng)汽車的消費(fèi)。

美國(guó)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域研發(fā)比較早，具有知名度的電動(dòng)汽車比如特斯拉。目前國(guó)內(nèi)眾多知名車企都開(kāi)始研發(fā)電動(dòng)汽車。比亞迪、小鵬、蔚來(lái)等在國(guó)內(nèi)汽車的銷量非常不錯(cuò)，電動(dòng)汽車的數(shù)量也隨之增多。電動(dòng)汽車主要以電力為能源，在電動(dòng)汽車充電的過(guò)程中，增加了電網(wǎng)的負(fù)荷，因此，電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)帶來(lái)的危害不容忽視。文獻(xiàn)[1]關(guān)于電動(dòng)汽車的電池特性、充電模式以及用戶行為習(xí)慣對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，利用蒙特卡洛法在MATLAB中對(duì)單臺(tái)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷進(jìn)行建模，得到了一天內(nèi)電動(dòng)汽車的平均充電負(fù)荷曲線，為電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)影響的研究提供了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[2]基于隨機(jī)、網(wǎng)損最優(yōu)以及分時(shí)電價(jià)三種不同的充電方式對(duì)電網(wǎng)的影響，建立了以網(wǎng)絡(luò)總損耗最低和用戶充電支出與負(fù)荷波動(dòng)方差綜合最低的有序充電模型，應(yīng)用群搜索算法進(jìn)行求解。結(jié)果表明，隨機(jī)充電方式對(duì)電網(wǎng)影響最大，網(wǎng)損最優(yōu)和分時(shí)電價(jià)充電都能夠有效環(huán)節(jié)大量電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)增加的壓力。文獻(xiàn)[3]針對(duì)電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓以及網(wǎng)絡(luò)損耗的影響，采用了動(dòng)態(tài)多目標(biāo)的電動(dòng)汽車優(yōu)化充電調(diào)度策略，改善了電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)和用戶利益。研究人員們都對(duì)電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)帶來(lái)的影響進(jìn)行了分析研究。本文在研究人員的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)當(dāng)經(jīng)電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的危害及控制策略進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)，并提出了相關(guān)建議。

2 電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)影響

2.1 能源供給

隨著電動(dòng)汽車的數(shù)量一年比一年多，電動(dòng)汽車充電所消耗的電量占社會(huì)用電總量的比重在逐漸增加。電動(dòng)汽車充電行為缺乏規(guī)范化的管理，出現(xiàn)了無(wú)序充電行為。由于電動(dòng)汽車的無(wú)序充電，在某時(shí)刻，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)汽車充電峰值，從而導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰期，增加電網(wǎng)的負(fù)荷。因此，面對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的增加，通過(guò)加大電網(wǎng)建設(shè)和增加裝機(jī)容量來(lái)緩解電網(wǎng)壓力，容易導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備利用率下降，帶來(lái)不必要的浪費(fèi)。

2.2 穩(wěn)定運(yùn)行

大量的電動(dòng)汽車在充電過(guò)程中的隨機(jī)性，導(dǎo)致電網(wǎng)用電也產(chǎn)生較大的波動(dòng)，電網(wǎng)的負(fù)荷忽高忽低，使電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行和控制的穩(wěn)定性降低。大量的電動(dòng)車無(wú)序的接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定性降低[4]。當(dāng)過(guò)量的電力能源被電動(dòng)汽車充電所占據(jù)，電網(wǎng)電壓過(guò)低，將導(dǎo)致大部分用電器無(wú)法正常的工作。

2.3 網(wǎng)絡(luò)損耗

電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)損耗由兩類組成，空載損耗和負(fù)載損耗[5]?？蛰d損耗和線路中的電壓相關(guān)和電流無(wú)關(guān)[6]。負(fù)載損耗也稱為可變損耗，與線路中的電流平方有關(guān)，電流越大，負(fù)載損耗就越大，反之越小。在電網(wǎng)用電高峰期，此時(shí)電網(wǎng)的負(fù)荷處于高峰時(shí)段，電網(wǎng)中電動(dòng)汽車的接入，電網(wǎng)的負(fù)荷將升高，從而，電網(wǎng)的電壓將會(huì)降低，這樣以來(lái)電網(wǎng)的線路損耗和變壓器損耗將增大。

2.4 諧波污染

用于電動(dòng)汽車充電設(shè)備是一種非線性的負(fù)載[7]，將其接入電網(wǎng)中，容易使電網(wǎng)出現(xiàn)諧波污染。電動(dòng)汽車充電過(guò)程中會(huì)向電網(wǎng)輸入諧波，諧波的產(chǎn)生會(huì)對(duì)接入電網(wǎng)的用電設(shè)備產(chǎn)生干擾[8]，諧波產(chǎn)生的諧波電流還會(huì)使電網(wǎng)系統(tǒng)中相互并聯(lián)的大容量電容器發(fā)生損壞。較大的諧波電流會(huì)增加電網(wǎng)系統(tǒng)的能耗，產(chǎn)生無(wú)用功率，增加電力設(shè)備負(fù)荷，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)功率因素降低，電網(wǎng)中的有功功率也會(huì)降低[9]。電網(wǎng)中產(chǎn)生多余無(wú)用功將主要以產(chǎn)熱的方式消耗，溫度的升高將導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性降低。由于諧波的干擾，電動(dòng)汽車控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性降低，大規(guī)模電動(dòng)汽車充電過(guò)程產(chǎn)生的諧波污染，使整個(gè)配電網(wǎng)質(zhì)量嚴(yán)重下降。

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

3.1 有序充電方法

在日常生活中，對(duì)電動(dòng)汽車充電實(shí)行有序優(yōu)化控制可以避免用電重疊時(shí)間和用電高峰期[10]，從而降低峰谷差并提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要從電動(dòng)汽車每天的耗電量需求展開(kāi)探索，在充電技術(shù)或者經(jīng)濟(jì)手段引導(dǎo)電動(dòng)汽車展開(kāi)有序充電，提高電動(dòng)汽車充電管理水平。目前，為了對(duì)電動(dòng)汽車充電行為進(jìn)行有序控制，采取了分時(shí)電價(jià)的方式培養(yǎng)用戶充電行為。該策略在滿足用戶充電的同時(shí)，降低了高峰時(shí)段電網(wǎng)的負(fù)荷。

根據(jù)電力系統(tǒng)中負(fù)荷的變化情況，將一天24小時(shí)劃分為三個(gè)時(shí)間段，分別為用電峰時(shí)段、用電平時(shí)段以及用電谷時(shí)段，不同時(shí)間段采用不同的電價(jià)機(jī)制。

根據(jù)用戶在一天中用電所給電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)荷制定出分時(shí)電價(jià)需求響應(yīng)模型。預(yù)測(cè)電網(wǎng)中接入用戶的負(fù)荷量，制定峰時(shí)段、平時(shí)段以及谷時(shí)段的不同水平的電價(jià)。

用戶按照分時(shí)電價(jià)機(jī)制合理充電，提高電力設(shè)備的利用率并達(dá)到削峰填谷的作用[11]。依據(jù)文獻(xiàn)[12]中的負(fù)荷需求量，得出電價(jià)劃分表，通過(guò)計(jì)算分析將峰時(shí)段劃分為平峰與尖峰兩個(gè)時(shí)段。電價(jià)劃分如表1所示。

通過(guò)電價(jià)劃分表可以看出，在1：00-7：00之間，電網(wǎng)處于谷峰時(shí)段，電價(jià)最低，這個(gè)時(shí)間段，電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)進(jìn)行充電，對(duì)用戶充電十分經(jīng)濟(jì)。低谷時(shí)段，電網(wǎng)負(fù)荷小，電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)，合理的利用電網(wǎng)能源，減輕了尖峰時(shí)段電網(wǎng)的壓力。通過(guò)分時(shí)電價(jià)調(diào)控策略，合理的利用了電網(wǎng)能源，提高了用戶使用電動(dòng)汽車充電的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 諧波抑制技術(shù)

電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波污染不可忽視，以下是關(guān)于對(duì)電網(wǎng)中出現(xiàn)的諧波抑制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

如今較為成熟的諧波抑制方法分為無(wú)源濾波和有源濾波。無(wú)緣濾波的用途不僅有濾波作用還有調(diào)壓方面的需要。無(wú)源濾波設(shè)備電路簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠性好[13]。由于無(wú)緣濾波在工作過(guò)程中受系統(tǒng)的參數(shù)影響較大，只能消除待定的幾次濾波，隨著濾波電流的增大，會(huì)導(dǎo)致濾波設(shè)備過(guò)載及設(shè)備的損壞，隨著電力技術(shù)的進(jìn)步，人們逐漸往有源濾波技術(shù)的研究。有源濾波可以對(duì)不同大小和頻率的諧波進(jìn)行快速的跟蹤補(bǔ)償[14]。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于低壓有源濾波技術(shù)，而國(guó)外已經(jīng)將高壓有源濾波技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐。

在諧波源的產(chǎn)生上采取措施，最大可能地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可以減小因?yàn)橹C波影響產(chǎn)生的多余電能消耗。為此，研究人員們通過(guò)增加整流器的脈動(dòng)數(shù)、PWM整流技術(shù)[15]、三相整流變壓器采用或的接線等方法來(lái)降低諧波源的諧波含量。

針對(duì)充電站諧波問(wèn)題的治理，文獻(xiàn)[16]中，陳冉根據(jù)電動(dòng)車在充電過(guò)程中產(chǎn)生的諧波問(wèn)題，采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制的策略實(shí)現(xiàn)對(duì)充電站諧波問(wèn)題的治理。文獻(xiàn)[17]中楊樂(lè)針對(duì)電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的諧波問(wèn)題，設(shè)計(jì)了混合電力系統(tǒng)濾波器對(duì)交流側(cè)的諧波進(jìn)行抑制。文獻(xiàn)[18]中馮晨設(shè)計(jì)了一種基于模糊理論的變換滯環(huán)電流控制，該方法能夠很好的跟蹤指令電流的變化，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后波形更為理想，諧波含量也更少。文獻(xiàn)[19]中王淑雅針對(duì)電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的微電網(wǎng)濾波，提出了將微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)和有源濾波相結(jié)合的方法對(duì)產(chǎn)生的濾波進(jìn)行抑制。文獻(xiàn)[20]中，盛琪針對(duì)電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的諧波電流，制定了電動(dòng)汽車有序充電策略，對(duì)產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行了有效消除。

4 電網(wǎng)影響策略的不足及建議

通過(guò)上述研究分析，關(guān)于應(yīng)對(duì)電動(dòng)車充電帶來(lái)的影響的應(yīng)對(duì)策略主要為有序充電法和諧波的抑制技術(shù)。在有序充電方面，通過(guò)分時(shí)電價(jià)機(jī)制促進(jìn)用戶在電力系統(tǒng)用電谷峰期有序充電，可以減輕電網(wǎng)在高峰時(shí)段的負(fù)荷，保持能源的合理利用和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。在分時(shí)電價(jià)調(diào)控策略下，谷時(shí)段電價(jià)便宜。但是隨著電動(dòng)汽車的數(shù)量一年比一年多，大量的電動(dòng)汽車在谷峰期同時(shí)充電，將會(huì)造成電網(wǎng)負(fù)荷增大。如何解決用電谷峰期用戶充電造成的電網(wǎng)負(fù)荷問(wèn)題將是研究的重點(diǎn)。

關(guān)于電動(dòng)汽車充電過(guò)程中產(chǎn)生的諧波污染，主要從產(chǎn)生諧波源出進(jìn)行了應(yīng)對(duì)處理?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，有源濾波在處理諧波污染問(wèn)題效果更好。但是目前用有源濾波處理諧波污染我國(guó)還處在低壓階段。目前電動(dòng)汽車在快充充電樁的充電過(guò)程中使用的是高壓。所以，將有源濾波處理諧波污染問(wèn)題應(yīng)用在高壓電路上是我們研究的重點(diǎn)。

為了緩解電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)造成影響。我們應(yīng)該大力發(fā)展城市屋頂光伏能源收集政策，通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電，供給小區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車充電，減緩電網(wǎng)用電負(fù)荷。大力提倡V2V模式，讓每一輛車都成為一個(gè)充電電源，在電動(dòng)汽車閑置的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)給需要工作車輛進(jìn)行充電，合理的使用電力能源。在城市中，電動(dòng)汽車應(yīng)該在制定的地點(diǎn)進(jìn)行充電，有利于電力部門對(duì)電力能源的合理調(diào)配，減輕電網(wǎng)壓力。

5 結(jié)語(yǔ)

電力能源成為我們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕茉?，電器設(shè)備方便的解決了人們?nèi)粘Ｉ畹膯?wèn)題，也隨之加大了電力能源的消耗。如今，電動(dòng)汽車作為清潔車型的代表，該車輛的保有量逐年遞增，電動(dòng)汽車充電對(duì)電力能源的消耗也日漸明顯，電網(wǎng)隨著充電汽車接入的增多，其所受的負(fù)荷將越大，電動(dòng)汽車充電帶來(lái)的影響不可忽視。針對(duì)電動(dòng)汽車充電中產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)不利的影響及解決策略還值得研究人員深入研究。

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作者簡(jiǎn)介

魏陽(yáng)喆：（1996.08.20—），男，漢族，陜西安康人，碩士。研究方向：載運(yùn)工具運(yùn)用工程。