電動汽車充電負荷的影響與控制措施綜述

楊娟

摘要：由于在節(jié)能減排、能源安全和可持續(xù)發(fā)展等方面的重要戰(zhàn)略意義，在相關(guān)部門的積極推動下，電動汽車的普及已成為一種必然趨勢。但大規(guī)模電動汽車的無序接入勢必會對電力系統(tǒng)規(guī)劃運行產(chǎn)生不可忽視的影響，涉及發(fā)、輸、配等各個環(huán)節(jié)。充電負荷的可控性和V2G技術(shù)的發(fā)展為減小影響提供了解決思路。在合理的市場機制引導(dǎo)下，配合相應(yīng)的智能充電策略，可以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和電動汽車的健康快速發(fā)展。在國內(nèi)外電動汽車充電負荷建模研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了電動汽車充電負荷大規(guī)模接入帶來的影響及其控制措施，并展望了未來可能的研究方向。

關(guān)鍵詞：電動汽車 充電負荷 有序充電 V2G 分布式能源（DG）

一、引言

環(huán)境問題和能源問題日趨嚴峻，而交通對石油的消耗量和產(chǎn)生的碳排放都相當巨大。有些國家的石油供應(yīng)很大程度上依靠進口，比如美國2009年，94%的交通能源來自石油，而63%的原油靠進口，過分的依賴石油會給國家安全帶來很大風(fēng)險。可再生能源的廣泛利用和電網(wǎng)無處不在的特點，使汽車的電氣化成為最好的解決方法。電動汽車在節(jié)能排放和保障能源安全等方面的傳統(tǒng)汽車無法比擬的優(yōu)勢，受到各國政府、汽車生產(chǎn)商以及能源企業(yè)的廣泛關(guān)注。

世界各國政府紛紛出臺相關(guān)政策推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如美國的EV Project計劃和中國的“十城千輛”計劃，“十二五”規(guī)劃中也把新能源汽車作為重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。豐田、通用、福特和大眾等眾多汽車生產(chǎn)商也都積極加入電動汽車的浪潮，電動汽車將面臨空前的繁榮，成為時代的寵兒。研究表明，在中等發(fā)展速度下，至2020、2030和2050年，美國電動汽車占汽車總量的比例將分別達到35%，51%和62%。到2020年，中國10%-20%的乘用車銷量將來自純電動汽車、充電式混合電動汽車和其他新能源汽車。

圍繞電動汽車的研究成為了當前的熱點。本文將對大規(guī)模電動汽車的接入對電力系統(tǒng)造成的影響進行討論。

二、電動汽車接入的影響

電動汽車充電負荷性質(zhì)復(fù)雜，具有很大的隨機性和不確定性，主要影響因素包括：用戶習(xí)慣、出行目的、車輛屬性、電池特性、地區(qū)、時間和氣候、環(huán)境溫度、電能補給方式、電動汽車規(guī)模、充放電控制措施、市場運營機制等等。

電動汽車的這些不確定性造成了它的大規(guī)模推廣應(yīng)用將會影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，導(dǎo)致?lián)p耗增加、電壓跌落、變壓器壽命減少。電動汽車引起的負荷增長也會給發(fā)、輸、配各個環(huán)節(jié)帶來升級改造的壓力，電力市場結(jié)構(gòu)還可能因此改變。具體如下：

2.1電動汽車充電負荷對電源和輸電的影響

大量電動汽車的接入對電源和輸電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和運行帶來新的挑戰(zhàn)。一方面，充電負荷使得系統(tǒng)總負荷顯著增大，給供電安全造成壓力。另一方面，電動汽車的V2G功能又可在負荷高峰期充當電源，為系統(tǒng)提供支撐，與風(fēng)電和太陽能等分布式能源的協(xié)調(diào)調(diào)度還能夠增強電力系統(tǒng)接納間歇性電源的能力。

2.2電動汽車充電負荷對配電的影響

研究發(fā)現(xiàn)，充電負荷對人口密度大的地方的影響更為顯著，這種不均衡給局部配電網(wǎng)造成壓力，影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。電動汽車充電負荷對配電網(wǎng)的影響已有大量研究，主要包括可靠性、電能質(zhì)量（電壓降落、諧波污染和三相不平衡）和經(jīng)濟運行（網(wǎng)絡(luò)損耗、變壓器壽命）。

研究表明，隨著電動汽車滲透率增加，能量損耗和電壓偏移都會增大，晚高峰充電時尤為顯著。且在滲透率足夠高的情況下，變壓器、線路都將超載，需要升級改造。在不考慮充電樁和充電站的投資費用情況下，加強網(wǎng)絡(luò)的投資可能增加到總投資的19%，損耗最高能增加到40%。也需要額外的電壓補償設(shè)備和調(diào)壓變壓器來處理由充電負荷引起的電壓跌落。

有文獻研究表明：當線路負載率較低時，合理的電動汽車接入電網(wǎng)充電將會提高線路的運行效率，使線路經(jīng)濟運行；但是當電動汽車滲透率較高時，由于流經(jīng)線路和變壓器的電流增大，導(dǎo)致線路負載過重，線路的負載損耗增加，從而讓線路從經(jīng)濟運行區(qū)域轉(zhuǎn)變到非經(jīng)濟運行區(qū)域。高滲透率的電動汽車接入電網(wǎng)充電會使線路是末端節(jié)點電壓會嚴重下降，影響用戶的正常用電。

2.3電動汽車充電負荷對電網(wǎng)規(guī)劃的影響

電動汽車充電負荷的不確定性，導(dǎo)致電網(wǎng)和電動汽車充電裝置的規(guī)劃變得愈加復(fù)雜。電網(wǎng)和充電設(shè)施的規(guī)劃關(guān)系到電動汽車的發(fā)展。若規(guī)劃不合理，不僅會影響到用戶方便性，還會增加網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓跌落，對用電可靠性造成影響。所以規(guī)劃時應(yīng)充分考慮相關(guān)因素，如交通環(huán)境，充電需求，用戶體驗，對電網(wǎng)的影響和經(jīng)濟性等。

2.4電動汽車充電負荷對市場的影響

電動汽車的大量接入可能導(dǎo)致市場結(jié)構(gòu)的變化，管理電動汽車負荷的電動汽車聚集體可能成為電力市場新成員。它可以是已有的機構(gòu)，也可是逐利而加入的新實體，從購電與售電差價中獲利。為了減小風(fēng)險，它可以參與長期雙邊合同市場、日前市場；為了滿足負荷實時需求，也能參與實時市場。隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，等到V2G成熟以后，電動汽車還可作為“虛擬電廠”參與到有功市場和輔助服務(wù)市場等各個環(huán)節(jié)。

三、總結(jié)

大規(guī)模電動汽車的接入已成必然趨勢，將會對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行產(chǎn)生深刻的影響，涉及發(fā)輸配各個層面。值得慶幸的是，電動汽車充電負荷的可控性和V2G技術(shù)為此提供了解決思路，采取適當電價結(jié)構(gòu)和智能充電策略，合理分配充電負荷，可以顯著改善負荷特性，減小充電負荷的不利影響。充分利用V2G技術(shù)還可移峰填谷，平滑負荷曲線，提高負載率，減小電網(wǎng)投資；還能參與系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。進行積極的充電控制，可以實現(xiàn)對可再生能源出力變化跟蹤，提高可再生能源的吸納能力。

參考文獻：

[1]王錫凡，邵成成，等.電動汽車充電負荷與調(diào)度控制策略綜述[N].中國電機工程學(xué)報，2013，33（1）：1-9.

[2]吳憩棠.我國“十城千輛”計劃的進展[J].新能源汽車，2009，1（24）：15-19.

[3]劉自發(fā)，張偉，王澤黎.基于量子粒子群優(yōu)化算法的城市電動汽車充電站優(yōu)化布局[N].中國電機工程學(xué)報，2012，32（22）：39-46.