電動汽車發展對配電網的影響及接入技術要求

張曉波

（國網青海省電力公司經濟技術研究院,西寧 810008）

電動汽車發展對配電網的影響及接入技術要求

張曉波

（國網青海省電力公司經濟技術研究院,西寧 810008）

摘要：隨著石油資源的短缺，環境污染的加劇，電動汽車必將成為將來汽車發展的方向，而電動汽車的大規模接入，將給配電網的規劃和運行帶來諸多影響。本文簡要介紹了電動汽車的發展現狀和未來預測，分析了電動汽車對配電網的影響，并提出了接入技術要求。

關鍵詞：電動汽車；配電網；接入技術

1　電動汽車發展概況

電動汽車誕生于1873年，比內燃機汽車早13年。但受電池技術和電機控制系統的限制，電動汽車的發展遠落后于內燃機汽車。

目前，電動汽車的核心——電池，是制約其發展的瓶頸。從全世界范圍看，電動汽車的電池技術還有待提高。電動汽車電池的研發經歷了鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，每種電池各有優缺點。現階段，鋰離子電池是最先進的電池，可以達到20C以上，但其“能量比”大約只有汽油的五十分之一[1]。

電動汽車幾乎能夠做到零排放、零污染，是未來汽車最理想的選擇。2013年，全球電動汽車市場產銷兩旺，產量突破24.1萬輛，同比增長44％；銷量突破18.6萬輛，同比增長55％；電動汽車保有量也快速增長，超過35萬輛，同比上升51％。國內電動汽車市場在政策的推動下表現出色。2013年國內電動汽車產量3.57萬輛（包括傳統混合動力車型），同比增長26.2％，進口電動車1.66萬輛；銷售超過4萬輛，年底國內電動汽車保有量超過8萬輛[2]。

2　電動汽車發展趨勢預測

電動汽車現在為發展初期，隨著新材料、新技術、新工藝的發展，電池蓄電能力、充放電速度正在逐漸更新進步。

目前，新型石墨烯電池實驗成功，可把數小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘。石墨烯儲能設備的批量生產，將對電池產業和電動汽車產業帶來革命性變化，電動汽車產量將出現井噴式增長。

近期國內電動汽車仍將保持快速增長的勢頭，中遠期中國也將成為全球電動汽車普及度提升的重要驅動力，領跑環保車型的推廣。

中遠期展望，普華永道預測2020年前混合動力車、插電式混合動力車將占到全球新車總銷量的1/16，即6.3％；埃克森美孚在其發布的《2040年能源展望》中預測，到2040年混合動力車將占全球輕型車的35％[3]；殼牌在其發布的《新視野》中預測，2030年前后電力、氫氣開始逐步“接管”汽車能源市場，到2070年電動汽車將全面取代燃油汽車[4]。

3　電動汽車接入對配電網的影響

未來電動汽車規模化應用后電池容量較大，單車快速充電功率將達到數百千瓦以上等級，將對地區配電網產生極大的電力負荷沖擊。電動汽車充電為變流操作，需要對電動汽車充電設備的諧波等技術指標進行嚴格控制。

3.1對負荷特性的影響

電動汽車分整車充電和更換電池充電，充（換）電站中電池的充電時間控制相對靈活，可以在用電低谷時段集中對電池進行充電，有效調節電網負荷峰谷差。

作為可移動的分布式儲能單元，電動汽車可以與其他可再生能源（如風能和光伏發電）相互配合，協調電力系統的日負荷特性曲線。電動汽車接入配電網，可以給電力系統調度提供更多的可控制負荷，改變接入點的日負荷曲線，減小峰谷差，起到一定的削峰填谷的作用。具體的調節效果，由變電站負荷功率及負荷特性所決定。若地區日負荷特性曲線為典型曲線，即具有高峰低谷，而且負荷特性曲線變化平滑，則電動汽車接入后的調節效果顯著。

將來隨著電動汽車產銷量的不斷增加，電動汽車對配電網的日負荷特性的影響也將逐漸增大。如果電動汽車充電負荷控制協調合理，可以提高電力系統發電廠和電網設備的利用率，提高經濟效益。但如果電動汽車無序充電，負荷控制協調不好，配電網可能產生“峰上加峰”的現象，使得電力系統調峰雪上加霜，大大增加配電網規劃和建設的壓力，影響發電廠和輸配電網的運行效率，并將導致電力系統負荷高峰時電力不足，負荷低谷時發電廠出力和電網供電能力過剩的矛盾越發突出。

3.2對配電網規劃的影響

電動汽車和作為用電負荷，將改變配電系統的負荷結構，并且對配電網規劃產生重要影響。根據負荷特性基礎曲線，大規模電動汽車的充電控制和負荷管理將非常復雜，配電網規劃必須滿足未來電動汽車和分布式電源的接入。其中變電站電源布點、變電站容量、變電站和線路以及配變的無功補償規劃等都需要充分考慮電動汽車接入的影響，尤其是電動汽車多集中在夜晚進行充電，使得配電網夜間功率發生很大變化，需綜合考慮配電網的負荷管理。

3.3對配電網設備的影響

目前，電動汽車充電設備多采用電力電子器件，充電時呈非線性負載特性，電動汽車充（換）電站將產生諧波，增加配電網諧波含量。如不治理，諧波將導致發電機、變壓器、線路等設備過熱，增加線損，縮短設備絕緣壽命，干擾附近控制和通信系統，影響電網中其他正常用電設備運行。同時，大規模電動汽車充電時產生的諧波污染將影響配電網的電能質量，造成功率因數下降、電壓畸變等。

4　電動汽車接入技術要求

4.1電動汽車充（換）電站接入系統

電動汽車充（換）電站專用供電系統應滿足充（換）電站的充電、照明、監控、辦公用電的需求，不應接入其他無關的電力負荷。

（1）根據充（換）電站的建設位置和服務對象，評估其負荷大小和社會影響程度，確定負荷等級，并采用合理的供電電壓等級和線路條數。

（2）根據充（換）電站用電負荷規模，確定供電線路導線截面和配變容量，并留有一定的裕度。

（3）充（換）電站配變低壓側可采用單母線接線或單母線分段接線。

（4）充（換）電站若采用2臺及以上配變的，應避免出現配變高低壓環網運行，在低壓進線和聯絡開關之間應設置電氣聯鎖和機械閉鎖裝置。

（5）為減少諧波的產生，兩回低壓線路向同一臺充電機供電時，兩回線路應該分別接入變壓器兩個低壓移相繞組。

4.2電能質量指標

（1）電動汽車充（換）電站電壓和頻率須滿足GB/T 12325-2008電能質量 供電電壓偏差和GB/T 15945-2008電能質量 電力系統頻率偏差的要求。

（2）電動汽車充（換）電站、充電機的設計須充分考慮對公用電網電能質量的影響。滿足GB/T 14549-93電能質量 公用電網諧波的要求。

（3）電動汽車充電設施接入中壓配電網的功率因數應不低于0.95，非車載的低壓充電設施的功率因數應不低于0.9，功率因數偏低的應安裝就地電容器組、SVC、SVG等無功補償裝置。

5　結論

環境污染和石油資源等已經成為社會焦點問題，電動汽車在現有汽車技術基礎上，發展儲能技術，改變能源利用方式，緩解傳統能源（石油）危機、促進人與自然的和諧發展。電動汽車作為配電網的新型電力負荷，其大規模發展將對現有能源產業格局產生重大影響。大力推動電動汽車的普及和應用，將有效促進低碳能源、低碳產業、低碳交通的發展，符合綠色經濟的發展戰略。

參考文獻：

[1]李安定.《電動汽車技術沒有所謂的同一起跑線》[J].中國周刊，2009（08）.

[2]羅艷托，湯湘華，胡愛君，陳劍鋒.《國內外電動汽車發展現狀、趨勢及其對車用燃料的影響》[J].國際石油經濟，2014（05）.

[3]埃克森美孚，2040年能源展望[R].2014-02-11.

[4]殼牌，NewLensScenarios[R].2013-11-05.