電動汽車充電對電網的影響

王景震 梁致珊

（中國石油大學，北京 102249）

電動汽車充電對電網的影響

王景震 梁致珊

（中國石油大學，北京 102249）

在國內外，電動汽車的應用將成為實現節能減排的必經之路。其大規模的入網充電對電網產生不可忽略的影響，而配電網作為其接入端，影響是直接性的，威脅配電網的安全穩定運行，惡化用戶的電能質量。隨著電動汽車的推廣普及，用戶充電時間和空間上的隨機性將增加電網運行的不確定影響因素。本文在對我國電動汽車設施及其發展趨勢進行分析的基礎上，研究了電動汽車充電對電網的影響。

電動汽車 充電 電網 發展 影響

世界各國政府和人民越來越重視智能電網技術的發展，智能電網中一個重要組成部分就是電動汽車，其往往具有較為廣闊的發展前景。當前，汽車企業在金融危機后正進入全面的能源轉型期，全世界都已經認識到大力發展汽車產業的潛力。可以預計，電動汽車的廣泛普及在未來城市中必不可少，通過大規模電動汽車充電站的運營能有效滿足推進低碳經濟、發展清潔環保型電力能源的需求。

1 電動汽車發展趨勢預測

（1）電動汽車將快速導入市場，2020-2030年將初具規模近期，專家預測2014年將是電動汽車快速導入的一年，全球電動汽車市場也將發生較大變革。根據咨詢機構IHS Automotive發布的最新研究報告，2014年全球電動汽車產量增長67%，至40.3萬輛，增幅較2013年的44%進一步上升。

（2）完全依靠補貼和政府投入在公共系統的推廣都是不可持續的，必須找到在私人領域推廣電動汽車的突破口，這就需要提高電動汽車的續駛里程和使用便利性，同時降低購車成本。電動汽車車身輕量化技術的進步、電池能量密度的提高以及充電設施與其他公用設施的結合和完善，使電動汽車的認知程度不斷提高，逐漸被車主接受，甚至2014年在北京出現了申購新能源汽車不得不采取搖號的方式。

2 電動汽車充電對電網的影響因素

電動汽車充電對電網的影響因素主要有電動汽車的普及程度、電動汽車的類型、電動汽車的充電方式以及電動汽車的起始充電時間。

2.1 電動汽車的普及程度

電動汽車的普及程度不同對電網的影響大小也不同。電動汽車數量較少，對電網的影響非常小，而當數量較大時，其對電網的影響將不容忽視。

2.2 電動汽車的類型

本文指的電動汽車的類型主要是不同用途的汽車。不同類型電動汽車的充電電路和充電時間是不一樣的。充電所需時間越長，其對電網造成產生的影響越大。

2.3 電動汽車的充電方式

目前，電動汽車充電方式主要分整車充電模式和更換電池模式，不同的充電方式可以應用于不同類型的汽車，如更換電池模式適合在公交公司、出租車公司使用，而對于私家車，可以選擇在夜間電價便宜時對汽車慢速充電。

2.4 電動汽車的起始充電時間

工作量證明（PoW）的目的是阻止網絡攻擊，如當今網絡環境下常出現的分布式拒絕服務攻擊（DDoS），就是用來發送許多假的請求以耗盡計算機網絡系統資源，導致服務器宕機，真正的用戶則無法登錄到中心服務器上[9]。

不同的起始充電時間對電網的影響差異很大，如果在峰荷時間進行充電將加重電網負擔，影響電網的安全運行； 但如果在負荷低谷時段進行充電將會增加低谷負荷，起到“填谷”效果，對電網的運行有利。

3 電動汽車充電對電網的影響分析

3.1 電動汽車充電對電網負荷供給與平衡的影響

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 電動汽車入網充電對電能質量的影響

諧波污染則是電動汽車充電機配電網的電能質量的主要影響方面。對于連接城市電網運行的電動汽車充電站連接來說，配電網必然受到其產生的諧波污染的影響，這種不利影響主要表現在以下幾個方面；一是，對于電能表來說，造成用戶支出電費增加，這是因為計費時的電能表則會把諧波作為有功功率；二是，對于變壓器來說，變壓器的銅耗以及雜散損耗會因為諧波電流而增加，鐵耗則因為諧波電壓而增加，變壓器的噪聲增大也是由于諧波注入影響；三是，對于輸電線路來說，使得線路損耗和發熱量增加；四是，對于電設備來說，計算機等電視設備在諧波較高的影響下而會產生誤動作，造成出現不正常的運行狀態；五是，對于補償電容器組來說，電容器的壽命也受到注入的諧波電流的影響，這是因為其能造成電容器的電壓和發熱量升高，大大縮短其實用壽命；六是，對于繼電保護裝置來說，在諧波電流的影響下，某些繼電保護裝置是由序分量過濾器組成，容易受到諧波電流的干擾，而不能正常工作。

在電力系統中，產生諧波并進行傳播，這是系統中的公害，則會對于電網電能質量帶來極大問題，嚴重干擾到各種電力設備的正常運行，應該采取一定有效措施。

3.3 電動汽車充電對電網經濟性的影響

在對電網經濟性的影響研究主要集中在變壓器的損耗，電網線損和額外的電力系統設備投資上。電動汽車充電時對變壓器的影響，在低滲透率下，影響可以忽略不計，但越來越多的電動汽車數量將會增加變壓器的損耗。國外學者以洛杉磯和佛蒙特兩個地方的電網系統作為算例，研究了電動汽車充電行為對15kVA和25kVA的配電變壓器的影響，實驗結果顯示一定數量的電動車充電會使配電變壓器大幅老化，使用壽命縮短。

3.4 電動汽車充電對電網規劃的影響

智能充電操作在配電網側能顯著平抑電網負荷、頻率波動，降低電網峰谷差，提高電網負荷率，降低電網備用發電容量需求，顯著改變電網運行方式，因此，需要在電網規劃中考慮相關影響。

3.5 電動汽車充電對電網交易模式的影響

隨著分時電價的實施，電動汽車將采取不同的控制方式在不同時段從電網獲取電能補給，因此電網與電動汽車交易模式將由簡單變復雜，需要更加先進的電力市場來支撐。

4 有序充電控制策略

基于電動汽車充電負荷預測和充電負荷對電網的影響制定有序充電控制策略。通過制定不同層級、不同區域的有序控制策略，同時應用合適的激勵策略，形成整體有序控制策略。

4.1 分區有序充電控制

充電基礎設施在車輛種類和服務范圍上可能會有交叉。因此在制定有序控制策略時，應考慮相互之間的配合，做到既能夠覆蓋所有電動汽車運行范圍，又能夠在相互重疊區域提供經濟的電力供應。

4.2 電動汽車充電的激勵策略

私人是未來電動汽車的主要用戶，充電行為規律相對隨機，是最需要進行引導的群體。因此，通過基于需求側響應的基本方法和理論，結合電動汽車需求特性，研究引導和激勵私人電動汽車用戶參與有序充電的服務價格體系建立，為各層級多目標協調控制策略的實施提供手段。

4.3 分層級多目標協調策略

（1）電網級有序充電控制策略。在電網規劃與運行上對電動汽車充電負荷進行管理與監控，針對不同區域電網中并網充電負荷的變化做出相應的應急預案與應對措施等。通過通信信道將控制信息反饋至各個充電設施，與其他層級形成控制呼應。同時，在電網規劃時，加強電動汽車充電造成的電網薄弱環節。（2）站級充電服務單元有序充電控制策略。站級充電服務單元位于各個控制區域的綜合控制中心或變電站內，負責對充電樁進行實時監控與管理。該服務單元的有序充電控制策略是對管理區域內的充電樁進行綜合協調，是實現有序充電控制最重要的一層。（3）有序充電引導策略。有序充電引導策略是指對用戶充電行為提供的實用化引導的方法。例如通過車輛導航對有充電需求的車輛提供導航服務，引導其進入充換電服務點，或者通過短信通知給私人電動汽車用戶發送信息，引導充電時間、避開高峰充電。

5 結語

目前，我國電動汽車產業步入快速發展期，大量電動汽車的充電行為將給電網帶來較大影響，而電動汽車的儲能特性也將為電力系統的安全經濟運行提供新的機遇。電動汽車充電對電網的影響受電動汽車商業發展模式的影響巨大，當前仍存在較大的不確定性；從負荷平衡的角度來看，電動汽車使用和充電的時間特性具有削峰填谷的功能，因此對輸電網影響不大，而電動汽車充電的群聚效應對配網局部將產生較大的影響，這方面仍有待深入研究。另一方面，當前我國充電設施建設如火如荼，但相應的充電站布點和容量規劃缺乏成熟的理論和方法。

［1］田立亭，張明霞，汪奐伶.電動汽車對電網影響的評估和解決方案［J］.中國電機工程學報，2012，31：43-49+217.

［2］王建，吳奎華，劉志珍，吳奎忠，孫偉.電動汽車充電對配電網負荷的影響及有序控制研究［J］.電力自動化設備，2013，08：47-52.

［3］陳新琪，李鵬，胡文堂，徐嘉龍，朱炯，張鵬飛.電動汽車充電站對電網諧波的影響分析［J］. 中國電力，2008，09：31-36.