劉文娟 于冰濤

1.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司 北京市 100001 2.天津天智華研電力技術(shù)集團股份有限公司 天津市 300001

1 研究背景

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，促使其環(huán)保意識越來越強，風(fēng)能、光伏等多種能源得到了大力應(yīng)用。伴隨著各種新能源的不斷發(fā)展與應(yīng)用，致使新能源接入成為當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展比較重要的一項工作內(nèi)容。能源互聯(lián)網(wǎng)作為能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費、市場以及信息技術(shù)深度融合的新形態(tài)，通過具有的設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需多元、交易開放等主要特征，實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)全鏈條的協(xié)同優(yōu)化和價值創(chuàng)造。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，配電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)該考慮適應(yīng)電動汽車規(guī)?；陌l(fā)展，大大降低接入問題造成的影響，從而保證傳統(tǒng)配電逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代主動配電網(wǎng)，能夠適應(yīng)電動汽車規(guī)模化發(fā)展的需要。

2 電動汽車和新能源接入對能源互聯(lián)下配電網(wǎng)的影響

2.1 電動汽車接入對能源互聯(lián)下配電網(wǎng)的影響

2.1.1 電動汽車接入對配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響

隨著電動汽車的廣泛推廣，致使配電網(wǎng)負荷與日俱增，并且配電網(wǎng)的負荷壓力也隨之增加，從而對配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。另外，在配電網(wǎng)規(guī)劃的過程中，還需要考慮車主的充電行為、各地交通流量、現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)、新能源接入情況、電動汽車充電時間、電壓穩(wěn)定情況、配網(wǎng)建設(shè)成本等多重因素，才能進行能源互聯(lián)下的配電網(wǎng)規(guī)劃。

2.1.2 電動汽車接入對電網(wǎng)的峰谷平衡產(chǎn)生影響

傳統(tǒng)電力負荷高峰主要集中在白天期間，而大部分電動汽車主要是夜間進行充電， 只有這樣，才能有效維持電網(wǎng)的峰谷平衡，進而促使電網(wǎng)負荷特性得到完善。因此，電動汽車夜間的接入對電網(wǎng)的峰谷平衡具有顯著的促進作用。

2.1.3 電動汽車接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響

由于電動汽車規(guī)?；l(fā)展，對充電樁的布置也提出了新的要求，而電動汽車充電具有一定的隨機性，各個充電站點所面臨的充電壓力不一樣。在某個充電點大量電動汽車接入充電，則會影響局部電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。特別是隨著大量電動汽車接入配電網(wǎng)中，其運行和結(jié)構(gòu)在一定程度會受到影響，并且傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃早已無法滿足于電動汽車大規(guī)模接入的實際需求。當(dāng)電動汽車集中在某一區(qū)域范圍內(nèi)充電，則會影響配電網(wǎng)局部發(fā)生過載或者是不平衡問題；當(dāng)大部分電動汽車在負荷高峰期間進行充電時，會使配電網(wǎng)負擔(dān)加重，因此，必須對配電網(wǎng)中發(fā)電裝機方面加大投資力度。

2.2 新能源接入對能源互聯(lián)下配電網(wǎng)造成的影響

2.2.1 新能源接入對網(wǎng)損的影響

隨著我國新能源的大力發(fā)展，對于能源短缺問題有了較大改善，但是由于新能源的接入，網(wǎng)損也越來越嚴重。網(wǎng)損不僅與電力負荷有直接的關(guān)系，同時也與新能源接入的位置、接入容量的大小、配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)等有著間接的影響。新能源接入致使配電網(wǎng)中部分單向流動潮流的支路發(fā)生變化，最終導(dǎo)致配電網(wǎng)網(wǎng)損發(fā)生變化。 由于新能源接入情況大不相同，也會出現(xiàn)網(wǎng)損增大或是減少的情況。

2.2.2 新能源接入對電能質(zhì)量的影響

新能源接入配電網(wǎng)時，需要依靠大量的電力電子設(shè)備才可以完成， 致使配電網(wǎng)電壓、電流波形發(fā)生變化，造成大量諧波引入， 甚至是電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變問題，嚴重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。

2.2.3 新能源接入對繼電保護影響

由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般呈放射狀，其保護原理和日常運行維護簡單便捷，并且經(jīng)濟成本比較低，而新能源接入不僅使電網(wǎng)潮流發(fā)生變化，同時也使電網(wǎng)故障時短路電流大小發(fā)生改變。一旦新能源和繼電保護二者之間出現(xiàn)紕漏，極有可能發(fā)生保護失效，甚至是誤動作等問題現(xiàn)象。

2.2.4 新能源接入對配電網(wǎng)可靠性的影響

隨著新能源接入，給傳統(tǒng)負荷預(yù)測、規(guī)劃、運行帶來不利影響。首先，由于使用新能源發(fā)電的越來越多，對于負荷的增長也更難預(yù)測。其次，由于光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的能源存在波動性和間歇性，一定程度上影響了配電網(wǎng)的正常運行。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下電動汽車和新能源接入配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

能源互聯(lián)網(wǎng)背景下適應(yīng)電動汽車規(guī)?；l(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計需要滿足兩方面的要求。首先是符合國家政策和經(jīng)濟效益的基本前提下，嚴格按照配電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)結(jié)構(gòu)對新能源以及電動汽車充電站的位置、類型、容量進行明確規(guī)定。其次，從技術(shù)方面出發(fā)，在第一步基礎(chǔ)上對電動汽車和新能源的接入點數(shù)量和容量進行確定，然后在經(jīng)濟條件允許的情況下，使新能源、電動汽車充電站與配電網(wǎng)達到最佳匹配狀態(tài)。

3.1 考慮電動汽車用電特性分析

3.1.1 出租車

一般情況下，出租車很多為24 小時運營，并且在運營期間不間斷。因此，為了保證出租車正常運營，需要選擇快速充電方式，從而有效縮短充電時間。對此，出租車倚天24小時都需要采用快速充電方式。

3.1.2 公交車

對于公交車的發(fā)車時間、行車路線都比較規(guī)固定，在沒有特殊的情況不會發(fā)生太大的變化。因此，在公交車現(xiàn)有的停車場內(nèi)布設(shè)相應(yīng)的充電樁即可。為了保證公交車在運營期間，不會出現(xiàn)缺電而無法準(zhǔn)時發(fā)車的現(xiàn)象，應(yīng)該在停車場內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的快充裝置。

3.1.3 私家車

一般私家車主要用于上下班、娛樂休閑等活動，并且根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究分析得出，私家車在上下班時間段、晚飯后休閑娛樂時間段使用頻率比較高。同時，私家車在單位、餐廳、商場等諸多場所停留時間相對比較長，有足夠時間進行充電，因此，可以選擇常規(guī)充電或者是慢速充電方式進行充電。但是在緊急情況下，亦可選擇快速充電方式。

3.2 考慮新能源接入配電網(wǎng)的負荷特性

配電網(wǎng)現(xiàn)階段常見的新能源主要包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、電能儲存裝置、燃料電池等，從而保證在沒有陽光，沒有風(fēng)的天氣情況下，仍然能夠正常供電，保證電能的穩(wěn)定性和可靠性。如圖1 所示，為分布式多能源的統(tǒng)一調(diào)度單元，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各個單位之間的信息進行有效銜接。

圖1 分布式多能源的統(tǒng)一調(diào)度單元

由圖1 可知，由于風(fēng)力機組和光伏電池等新能源接入配電網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的電量將存在一定的波動，通過儲能裝置和燃料電池對其進行電量平衡。而配電網(wǎng)在接入電動汽車充電負荷后，其節(jié)點電壓將會出現(xiàn)比較嚴重的下降，特別是在某些時段，比如說0：00—3：00 和14：00—19：00 這兩個時段，節(jié)點電壓會出現(xiàn)明顯下降，甚至付出現(xiàn)電壓越線。因此，除了考慮電動汽車的不同時段的用電負荷，還需要考慮新能源接入配電網(wǎng)的負荷特性。對新能源和電動汽車充電站進行綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃，從而建立以新能源為主要能源的電動汽車集中充電站。

3.3 考慮電動汽車負荷預(yù)測

為實現(xiàn)電動汽車負荷的優(yōu)化預(yù)測，結(jié)合等效電路分析和樣本信息特征采樣方法，采樣電動汽車負荷特征，通過子空間映射和特征序列重組，構(gòu)建電動汽車負荷特征大數(shù)據(jù)分析模型，得到電動汽車的能量負荷傳遞模型如圖2 所示。

圖2 電動汽車能量負荷傳遞模型

3.3.1 特征提取

對電動汽車的負荷特征序列進行重組，采用統(tǒng)計時間序列的方法進行分析，并且提取相應(yīng)的特征量，再結(jié)合磁鏈參數(shù)估計方法，結(jié)合電動汽車的負荷特征，構(gòu)建對應(yīng)的分析模型。通過模糊關(guān)聯(lián)特征分析方法進行電動汽車負荷特征提取和聚類分析，得到電動汽車的負荷參量的優(yōu)化值為：

結(jié)合磁場參數(shù)辨識方法，對電動汽車的負荷參量進行局部優(yōu)化，求得特征參數(shù)的分布集，構(gòu)建負荷檢測統(tǒng)計特征量，根據(jù)統(tǒng)計特征分析方法，進行電動汽車負荷預(yù)測，得到電動汽車負荷特征為：

式中，（）表示電動汽車負荷量化分析的自相關(guān)特征量，表示電動汽車負荷預(yù)測的互感值。

3.3.2 基于卷積神經(jīng)的電動汽車負荷預(yù)測

假設(shè)電動汽車負荷特征的輸入為：

式中，表示卷積網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)層，表示負荷加權(quán)系數(shù)。

通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法，在卷積網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)層構(gòu)建電動汽車的負荷增量調(diào)度模型，得到負荷預(yù)測的神經(jīng)元，當(dāng)==…d時，電動汽車負荷的總能量E取最小值。當(dāng)E′=0，E存在最小值，此時，電動汽車負荷預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層為：

式中，表示交流電壓的相位差，（）表示電動汽車負荷特征的功率譜密度。

通過諧振回路分析，在電動汽車負荷序列的預(yù)測評價特征分布集提取電動汽車負荷時間序列的耦合性特征量，而且提出的效率高，用時短，得到電動汽車負荷序列的輸出功率因素。此時電動汽車負荷狀態(tài)的每個模態(tài)的換流映射為：

式中，（）表示電動汽車負荷預(yù)測數(shù)據(jù)點x和x之間的相似度水平，表示負荷預(yù)測的平均互信息量。

根據(jù)上述算法設(shè)計，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類識別方法，進行電動汽車負荷特征分類學(xué)習(xí)，根據(jù)特征分類結(jié)果實現(xiàn)電動汽車負荷的優(yōu)化預(yù)測。

3.4 明確投資最小化以及系統(tǒng)網(wǎng)損

在電動汽車充電配電網(wǎng)的實際規(guī)劃中，需要考慮投資成本以及系統(tǒng)網(wǎng)損的情況。通過采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對其進行分析。配電網(wǎng)規(guī)劃方案對投資成本與電力網(wǎng)損的影響主要表現(xiàn)為：充電樁的建設(shè)成本、變電站的擴容成本、配電線路的建設(shè)成本、電力系統(tǒng)的網(wǎng)損成本等。因此，需要采用多個時間段的潮流進行系統(tǒng)網(wǎng)損值的計算，綜合考慮各方面的因素，降低投資成本。

4 結(jié)語

綜上所述，電動汽車和新能源接入到配電網(wǎng)中必然會對其產(chǎn)生一定的影響，從而引起相關(guān)人員的重視和關(guān)注，并且通過長時間的探討摸索，具有極大的現(xiàn)實困難?，F(xiàn)階段，配電自動化技術(shù)的實效性技術(shù)早已成為大部分生產(chǎn)廠家以及用戶比較關(guān)注的熱門話題，因此，必須根據(jù)實際情況對能源互聯(lián)網(wǎng)背景下適應(yīng)電動汽車規(guī)模化發(fā)展的配電網(wǎng)進行合理的設(shè)計，與此同時，還要對其他實用性技術(shù)進行不斷改進和完善，對電網(wǎng)接入技術(shù)進行深入的研究，可以有效解決諧波等諸多方面的問題。