電動汽車充電對配電網負荷的影響及有序控制策略探究

劉磊

文章編號：2095-6835（2016）07-0089-02

摘 要：電動汽車的規模化應用可促使電能逐漸代替傳統燃料能源，從而減少燃燒石油、煤炭等產生的溫室氣體，并降低我國對進口石油的依賴程度。在CO2排放方面，15%以上的排放量來自于交通運輸行業，因此，大力發展高效、清潔的電力能源對改善我國的能源結構、提高能源利用效率和減少大氣污染有重要的意義。鑒于電動汽車廣闊的發展前景，以充電問題為切入點，深入分析了規模化充電對配電網負荷的影響，總結了有序控制策略，以期為電動汽車的推廣使用奠定良好的基礎。

關鍵詞：電動汽車；配電網負荷；有序控制；純電動汽車

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.089

電動汽車的大范圍推廣必然會帶來一系列新問題，其中，充電便是擺在人們面前的首要問題。因此，在不擴大當前電網規模的前提下，原有線路的容量能否有效應對新增的充電負荷，如何提高原有配電網的容納能力，減少充電對配電網負荷造成的負面影響，這些都是電動汽車推廣過程中的重點問題。

1 電動汽車充電對配電網負荷的影響

隨著石油、煤炭等不可再生能源的日益緊缺，國際社會普遍意識到調整能源結構對社會發展的重要作用，電動汽車的產業化生產和規模化使用必然會對接入電網的運行狀態造成一定的影響。

以往，有關電動汽車的推廣研究主要集中在政策和經濟領域，很少涉及其對配電網的影響。在研究電動汽車對配電網負荷的影響之前，應先分析電動汽車的充電特性和用戶充電習慣。電動汽車的兩大類型分別為公交車和私家車。其中，公交車的充電行為比較有規律性，行駛里程也比較固定，易于控制充電時間；私家車的充電行為比較隨意，靈活性和機動性較高。目前，私家車充電受家庭充電設備的影響，一般充電功率都在3 kW以下，在理想充電狀態下30 min即可充至滿電。但每天的充電次數需要根據行駛里程確定，而公交車每天需要在非運營時間集中充電或在白天分散充電。私家車和公交車所采取的快充模式和慢充模式都會對電網負荷造成影響，在不增加電網容量的前提下，必然會影響原有電網的安全性和穩定性。

《中國汽車產業發展報告》中指出，電動汽車在未來20年的時間里將進入發展的關鍵時期，我國也將重點研制推出純電動汽車和混合動力汽車，從而提升我國電動汽車產業的整體發展水平。電動汽車在推廣使用的過程中必然會經歷一段從無序充電到有序充電的過程。無序充電不僅會影響原有電力系統的運行安全，還會造成一系列的負面影響。可以預見的是，隨著電動汽車的規模化生產和大范圍應用，無序充電必然會導致原有配電網的峰值時間延長，進而增大電網峰值負荷。這樣不僅會增大電網調峰容量的需求和電能損耗，還會降低電能質量。

2 電動汽車充電的有序控制策略

針對電動汽車充電對配電網負荷的消極影響，可采用協調充電時間或智能充電的方式解決此問題。

2.1 協調充電時間

協調充電時間是指協調各種類型電動汽車的充電時段，這一過程需要依賴高級計量系統和各種智能軟、硬件的支持。此外，還需要通過政策引導的方式鼓勵電動汽車用戶避開充電高峰期。具體而言，可根據當前各時段的電價劃分原則和具體的峰、谷時段的控制策略調控。調控電動汽車充電時段的前提是電動汽車已處于停滯或靜止狀態，私家車用戶的下班時間集中在每日的18：00—18：30，私家車的靜止時間將從這一時間段持續到第二天的6：00左右。因此，私家車用戶可以在每日上午（充電低峰）進行快速充電，相關單位也可組織私家車用戶在每日15：00之前利用公用充電設施慢充，從而保證其在每日下午的充電高峰到來之前完成充電。公交車的充電時段調控可參考私家車充電的方式，并根據其運行規律采用不同的調控模式加以引導。充電時段控制策略可有效轉移電動汽車的充電負荷，避免其在充電高峰期重疊，從而改善配電網的負荷特性。但從另一角度分析，這種方法過于機械化，靈活性較低。

2.2 智能充電

智能充電可有效解決充電時間、充電地點等的不確定給電網調度帶來的問題，從而最大限度地發揮電網集中調度的優勢。在智能充電方面，本文提出了2種充電優化策略，即集中式充電控制策略和分布式充電控制策略。集中式充電控制策略的主要目的是減小充電負荷的峰谷差，從而避免配電網負荷的波動；分布式充電控制策略是指管理者借助通信技術動態檢測電動汽車的充電時間、初始狀態、充電功率等，并將動態更新信息與優化過程相結合，從而為電動汽車用戶提供個體化的充電方案。

協調充電時間和智能充電策略的順利實施都需要有序充電模型作為基礎和保障。電動汽車具有分散性、規模化的特點，因此，管理者需要據此提出有序充電實施架構，并構建數學模型。在構建有序充電數學模型的過程中，可以借助AMPL軟件。該軟件是由美國貝爾實驗室開發研制的用于解決過程優化問題的數學建模軟件，可為管理人員提供多種數學建模語言，管理人員不僅可以使用自己熟悉的符號構建模型，還可以實現數學模型與數據文件的有效分離。雖然AMPL軟件具有一定的優點，但其作為一種編譯器并不能直接解答管理人員的問題，需要將數學模型文件轉化為.nl文件，并通過專門的求解器求解。結合不同種類電動汽車的充電模式，可構建分層優化模型。這樣不僅可使中間管理者根據電網負荷預測結果求解優化參數，且還可根據電動汽車的充電功率、充電電流等信息對接入電網的充電負荷進行優化配置，從而有序控制每臺接入電網的電動汽車的充電行為。通過上述分析，可將中間管理者與充電用戶之間的信息交換模式簡化為圖1。

GPS、地理信息系統等先進技術為構建電動汽車充電模式提供了有利條件，美國的研究人員利用充電控制軟件和無線通訊設備實現了與單臺電動汽車的信息通訊。這種模式不僅可以極大地滿足電動汽車的充電需求，還可以實現充電優化控制的目標，充電用戶和中間管理者均能從中受益，且在當前配電網的約束條件下，可改善電網的運行狀態，實現負荷波動最小的目標。

3 結束語

本文主要分析了電動汽車充電對配電網負荷的影響，并從協調充電時間、進行智能充電兩個角度提出了有序控制策略。這兩種有序控制策略實施的基礎和前提都是構建有序充電模型，這也是解決配電網負荷問題的關鍵。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕