區(qū)域電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)研究

錢曉偉+沈毅君

摘 要： 近幾年，杭州倡導(dǎo)的“節(jié)能減排，綠色環(huán)保”成為杭州市發(fā)展的必選，根據(jù)統(tǒng)計(jì)到2016年6月底，杭州主城區(qū)的5006輛運(yùn)營車中清潔能源和新能源車將達(dá)到4383輛、提升電動(dòng)汽車數(shù)量，將會(huì)不斷優(yōu)化終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，增加全社會(huì)電能使用，不斷拓展售電市場(chǎng)增長空間，實(shí)現(xiàn)社會(huì)與企業(yè)效益的雙贏。

關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車；接網(wǎng)

1. 引言

杭州市能源消費(fèi)以原煤、原油和電力為主，隨著經(jīng)濟(jì)的增長和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，能源消費(fèi)總量及其增長速度呈現(xiàn)階段化特征，原煤用量逐年下降，電力需求逐年上升，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中，應(yīng)明確能源清潔化發(fā)展目標(biāo)，通過實(shí)施“兩個(gè)替代”，轉(zhuǎn)變能源利用方式。大力實(shí)施電能替代工程，積極引導(dǎo)全社會(huì)用能單位煤改電，油改電，促進(jìn)節(jié)能減排，推動(dòng)綠色、低碳發(fā)展。

“十三五”期間，我國將全面推進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的電能替代，實(shí)現(xiàn)能源終端消費(fèi)環(huán)節(jié)替代散燒煤、燃油消費(fèi)約1.3億噸標(biāo)煤，帶動(dòng)電煤占煤炭消費(fèi)比重提高約1.9%，帶動(dòng)電能占終端能源消費(fèi)比重提高約1.5%，促進(jìn)電能消費(fèi)比重達(dá)到約27%。預(yù)計(jì)可新增電量消費(fèi)約4500億千瓦時(shí)，減排煙塵、二氧化硫、氮氧化物約30萬噸、210萬噸、70萬噸。尤其是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，主要針對(duì)各類車輛、靠港船舶、機(jī)場(chǎng)橋載設(shè)備等，使用電能替代燃油。

根據(jù)杭州市政府對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的大力支持，預(yù)計(jì)杭州市2020年電動(dòng)汽車共有5.805萬輛，其中公交車1500輛，環(huán)衛(wèi)車800輛，私人乘用車5.2萬輛，物流車3750兩，公務(wù)車2500兩，出租車1250輛。

2. 公交集中充電站

2.1 負(fù)荷需求

公交純電動(dòng)汽車的快充為交流充電樁，車樁比按照1：1，每個(gè)充電樁按照80-100kW（實(shí)際充電時(shí)為60-70kW）設(shè)計(jì)。充電樁的供電可靠性要求無需低壓聯(lián)絡(luò)，只須雙路供電來自不同電源即可，發(fā)生“N-1”故障時(shí)通過轉(zhuǎn)移公交車充電位置解決。

2.2設(shè)計(jì)容量

杭州主城區(qū)按最終5000輛均為純電動(dòng)汽車規(guī)劃用電，總裝機(jī)容量達(dá)到50萬kVA報(bào)裝容量。一個(gè)大型停保場(chǎng)基本上配置超過300個(gè)充電樁，報(bào)裝容量接可達(dá)到3萬kVA以上。近期544輛常規(guī)柴油公交車置換為純電動(dòng)汽車需要報(bào)裝容量5.44萬kVA左右。

2.3負(fù)荷特性

公交快充基本上在晚上22時(shí)以后到次日6時(shí)之間工作，并且很快達(dá)到用電高峰，負(fù)荷上升急劇，短時(shí)達(dá)到裝機(jī)容量的50%以上，而其他時(shí)段負(fù)荷很小。這種負(fù)荷特性剛好與白天的商業(yè)、辦公等負(fù)荷錯(cuò)開，可提高主變的利用率。大型停保場(chǎng)的充電樁可先考慮35kV及以上電源接入，減少對(duì)10kV供電質(zhì)量的影響。

根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)，一輛新能源公交大巴完成充電時(shí)間為3小時(shí)左右，一個(gè)晚上一個(gè)充電樁可以為2輛汽車充完電。為保證公交大巴的充電樁充電可靠性，充電樁集中場(chǎng)地至少兩路10kV及以上電壓供電，其低壓不聯(lián)絡(luò)，每路供電的充電樁數(shù)量應(yīng)相當(dāng)，以保證新能源公交車次日均能完成充電。

2.4 接入方式

根據(jù)區(qū)域供電能力，按以下原則進(jìn)行電源接入規(guī)劃。

1）快充樁200個(gè)以內(nèi)，宜采用10kV兩回線路供電。

2）快充樁200個(gè)以上，600個(gè)以內(nèi)（裝機(jī)容量達(dá)到20000kVA-60000kVA），宜采用35kV兩回線路供電，專變單臺(tái)最大可用31500 kVA。電纜采用單芯電纜，截面可選185-400；單芯185電纜的控制負(fù)荷為21800kW；單芯400電纜的控制負(fù)荷為32100kW；

3）不建議充電樁600個(gè)以上，若有原則上采用110kV供電，或可考慮增加35kV電源至3回線路供電。

4）特殊供電區(qū)域，根據(jù)電源點(diǎn)分布，進(jìn)行綜合分析，兩回線路可以采用不同主變供電的不同電壓等級(jí)的電源供電。例如1回35kV，1回10kV。

3. 分布式充電站

小區(qū)電動(dòng)汽車充電一般集中在晚上9點(diǎn)之后，與負(fù)荷高峰時(shí)間錯(cuò)開，可以起到削峰填谷左右，但停車場(chǎng)以及一些公交站點(diǎn)充電設(shè)備白天也存在使用的可能，與電網(wǎng)負(fù)荷高峰存在重疊的可能，負(fù)荷進(jìn)一步增大，尤其是大型商場(chǎng)停車場(chǎng)，區(qū)域原有負(fù)荷密度較高，線路負(fù)載率較高，大量電動(dòng)汽車充電設(shè)施負(fù)荷接入接入可能導(dǎo)致線路重載，因此對(duì)該類型新建區(qū)域應(yīng)充分預(yù)留電動(dòng)汽車接入負(fù)荷，現(xiàn)有區(qū)域應(yīng)該考慮負(fù)荷分流方案。

對(duì)于分布式充電站負(fù)荷增長主要考慮在電力設(shè)施布局規(guī)劃中為未來電動(dòng)汽車的大面積推廣預(yù)留容量：根據(jù)《杭州市推進(jìn)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)施辦法（征求意見稿）》，新建住宅停車庫充電樁電表箱、用電容量按10%的比例預(yù)留；其他建筑工程均按配建停車位數(shù)量10%的比例預(yù)留布線條件、電表箱位置和用電容量（慢充樁每個(gè)充電設(shè)施10kW，快充樁每個(gè)充電設(shè)施60kW）。最大負(fù)荷增量適當(dāng)考慮在每個(gè)控規(guī)單元中按居民小區(qū)停車位慢充樁與商業(yè)用地停車位快充樁合理分配。

4. 電能質(zhì)量影響

電動(dòng)汽車接入對(duì)輸電網(wǎng)的影響是間接的。隨著大量電動(dòng)汽車接入，導(dǎo)致用電負(fù)荷的增長，而充電負(fù)荷的時(shí)空不確定性將主要對(duì)輸電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及輸電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。電動(dòng)汽車接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要在配電網(wǎng)層面，電動(dòng)汽車充電負(fù)荷較常規(guī)負(fù)荷具有時(shí)空隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)，給配電網(wǎng)運(yùn)行帶來了更多的不確定性。主要涉及配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面。

電動(dòng)汽車的接入對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要影響包括電壓下降，諧波污染和三相不平衡。其中電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)后對(duì)電力電子設(shè)備造成的諧波污染體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：一是使測(cè)量儀表不準(zhǔn)確；二是易損壞大容量電容器；三是加重的負(fù)荷使電力導(dǎo)線過熱；四是使保護(hù)裝置誤報(bào)警。研究表明，電動(dòng)汽車在深夜充電時(shí)，將成為造成電壓畸變的主要設(shè)備，充電產(chǎn)生的諧波可能對(duì)變壓器的壽命、電纜以及繼電保護(hù)裝置造成影響。在大量電動(dòng)汽車接入情況下會(huì)帶來三相不平衡問題，電動(dòng)汽車充電負(fù)荷應(yīng)在三相之間合理分配。

5. 結(jié)論

1）當(dāng)線路負(fù)載率較低時(shí)，合理的電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電將會(huì)提高線路的運(yùn)行效率，使線路經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；但是當(dāng)電動(dòng)汽車接入數(shù)量增加時(shí)，由于流經(jīng)線路和變壓器的電流增大，導(dǎo)致線路負(fù)載過重，線路的負(fù)載損耗增加，從而讓線路從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域轉(zhuǎn)變到非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域。

2）大量的電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電會(huì)影響線路的節(jié)點(diǎn)電壓，尤其是末端節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)嚴(yán)重下降，影響用戶的正常用電。

3）隨著電動(dòng)汽車接入數(shù)量的增加，無控制的電動(dòng)汽車充電需求會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，應(yīng)當(dāng)對(duì)其加以控制和引導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡榮等. 電動(dòng)汽車快速充電站的負(fù)荷特性[J]. 上海電力學(xué)院報(bào)，2012年2月.