電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)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(mén)的積極推動(dòng)下，電動(dòng)汽車(chē)的普及已成為一種必然趨勢(shì)。但大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)序接入勢(shì)必會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行產(chǎn)生不可忽視的影響，涉及發(fā)、輸、配等各個(gè)環(huán)節(jié)。充電負(fù)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(chǎng)機(jī)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(yùn)行和電動(dòng)汽車(chē)的健康快速發(fā)展。在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷建模研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷大規(guī)模接入帶來(lái)的影響及其控制措施，并展望了未來(lái)可能的研究方向。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 充電負(fù)荷 有序充電 V2G 分布式能源（DG）

一、引言

環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，而交通對(duì)石油的消耗量和產(chǎn)生的碳排放都相當(dāng)巨大。有些國(guó)家的石油供應(yīng)很大程度上依靠進(jìn)口，比如美國(guó)2009年，94%的交通能源來(lái)自石油，而63%的原油靠進(jìn)口，過(guò)分的依賴(lài)石油會(huì)給國(guó)家安全帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。可再生能源的廣泛利用和電網(wǎng)無(wú)處不在的特點(diǎn)，使汽車(chē)的電氣化成為最好的解決方法。電動(dòng)汽車(chē)在節(jié)能排放和保障能源安全等方面的傳統(tǒng)汽車(chē)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，受到各國(guó)政府、汽車(chē)生產(chǎn)商以及能源企業(yè)的廣泛關(guān)注。

世界各國(guó)政府紛紛出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如美國(guó)的EV Project計(jì)劃和中國(guó)的“十城千輛”計(jì)劃，“十二五”規(guī)劃中也把新能源汽車(chē)作為重點(diǎn)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(chē)生產(chǎn)商也都積極加入電動(dòng)汽車(chē)的浪潮，電動(dòng)汽車(chē)將面臨空前的繁榮，成為時(shí)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(guó)電動(dòng)汽車(chē)占汽車(chē)總量的比例將分別達(dá)到35%，51%和62%。到2020年，中國(guó)10%-20%的乘用車(chē)銷(xiāo)量將來(lái)自純電動(dòng)汽車(chē)、充電式混合電動(dòng)汽車(chē)和其他新能源汽車(chē)。

圍繞電動(dòng)汽車(chē)的研究成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)。本文將對(duì)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的接入對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響進(jìn)行討論。

二、電動(dòng)汽車(chē)接入的影響

電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷性質(zhì)復(fù)雜，具有很大的隨機(jī)性和不確定性，主要影響因素包括：用戶(hù)習(xí)慣、出行目的、車(chē)輛屬性、電池特性、地區(qū)、時(shí)間和氣候、環(huán)境溫度、電能補(bǔ)給方式、電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模、充放電控制措施、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制等等。

電動(dòng)汽車(chē)的這些不確定性造成了它的大規(guī)模推廣應(yīng)用將會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，導(dǎo)致?lián)p耗增加、電壓跌落、變壓器壽命減少。電動(dòng)汽車(chē)引起的負(fù)荷增長(zhǎng)也會(huì)給發(fā)、輸、配各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)升級(jí)改造的壓力，電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)還可能因此改變。具體如下：

2.1電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)電源和輸電的影響

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

2.2電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)配電的影響

研究發(fā)現(xiàn)，充電負(fù)荷對(duì)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(jì)運(yùn)行。電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)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(jì)運(yùn)行（網(wǎng)絡(luò)損耗、變壓器壽命）。

研究表明，隨著電動(dòng)汽車(chē)滲透率增加，能量損耗和電壓偏移都會(huì)增大，晚高峰充電時(shí)尤為顯著。且在滲透率足夠高的情況下，變壓器、線(xiàn)路都將超載，需要升級(jí)改造。在不考慮充電樁和充電站的投資費(fèi)用情況下，加強(qiáng)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(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓變壓器來(lái)處理由充電負(fù)荷引起的電壓跌落。

有文獻(xiàn)研究表明：當(dāng)線(xiàn)路負(fù)載率較低時(shí)，合理的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)充電將會(huì)提高線(xiàn)路的運(yùn)行效率，使線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；但是當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)滲透率較高時(shí)，由于流經(jīng)線(xiàn)路和變壓器的電流增大，導(dǎo)致線(xiàn)路負(fù)載過(guò)重，線(xiàn)路的負(fù)載損耗增加，從而讓線(xiàn)路從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域轉(zhuǎn)變到非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域。高滲透率的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)充電會(huì)使線(xiàn)路是末端節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)嚴(yán)重下降，影響用戶(hù)的正常用電。

2.3電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響

電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的不確定性，導(dǎo)致電網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。若規(guī)劃不合理，不僅會(huì)影響到用戶(hù)方便性，還會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓跌落，對(duì)用電可靠性造成影響。所以規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮相關(guān)因素，如交通環(huán)境，充電需求，用戶(hù)體驗(yàn)，對(duì)電網(wǎng)的影響和經(jīng)濟(jì)性等。

2.4電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)市場(chǎng)的影響

電動(dòng)汽車(chē)的大量接入可能導(dǎo)致市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化，管理電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷的電動(dòng)汽車(chē)聚集體可能成為電力市場(chǎng)新成員。它可以是已有的機(jī)構(gòu)，也可是逐利而加入的新實(shí)體，從購(gòu)電與售電差價(jià)中獲利。為了減小風(fēng)險(xiǎn)，它可以參與長(zhǎng)期雙邊合同市場(chǎng)、日前市場(chǎng)；為了滿(mǎn)足負(fù)荷實(shí)時(shí)需求，也能參與實(shí)時(shí)市場(chǎng)。隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，等到V2G成熟以后，電動(dòng)汽車(chē)還可作為“虛擬電廠(chǎng)”參與到有功市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。

三、總結(jié)

大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的接入已成必然趨勢(shì)，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生深刻的影響，涉及發(fā)輸配各個(gè)層面。值得慶幸的是，電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的可控性和V2G技術(shù)為此提供了解決思路，采取適當(dāng)電價(jià)結(jié)構(gòu)和智能充電策略，合理分配充電負(fù)荷，可以顯著改善負(fù)荷特性，減小充電負(fù)荷的不利影響。充分利用V2G技術(shù)還可移峰填谷，平滑負(fù)荷曲線(xiàn)，提高負(fù)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(jìn)行積極的充電控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源出力變化跟蹤，提高可再生能源的吸納能力。

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