電動汽車對電力系統的影響及其調度與控制問題

吳爽 高怡楠

【摘要】在過去的許多年間，電動汽車作為一種新型的汽車種類，不僅引起了各界的廣泛關注，而且在科技研發中獲得了巨大的進步。因此本文首先主要從經濟效益、環境友好性、政策支持、技術可實現性等方面討論了電動汽車對電力系統的影響，之后對電動汽車對電力系統的正反兩方面影響進行分析，并且討論了相對應的電動汽車的調度與控制問題。

【關鍵詞】電動汽車;電力系統;容量;安全性

電動汽車在國內外市場已經興起許久，相較于傳統的內燃機汽車，電動汽車具有很大的優勢和亮點。但是，與內燃機汽車的發展規律相似，電動汽車在開始風靡市場的初始階段也存在諸多問題，例如電力系統動力不足、電池容量難以滿足要求、使用時間較短等。很難與石油燃料所具有的易于輸送、動力強勁等優點相提并論。但在過去的幾年中，隨著研發人員對電池和電力系統的改進，使得電動汽車獲得了突飛猛進的發展和進步。

1、電動汽車對電力系統產生的影響

1.1電動汽車對電力系統產生的正反影響

電動汽車的廣泛應用對電力系統各方面的性能產生了更高的要求，從而電力系統的經濟效益和安全性能都急需提高和加強。越來越多的電動汽車作為用電設備接入到電力系統中以后，巨大的用電量和復雜的用電結構對電力系統的穩定運行必將產生巨大的影響。通常，這種影響是具有兩面性的，一方面是電動汽車進入家庭用電系統所產生的負面影響，主要是在經濟方面，電池的超大容量所使用的電量將會成為家庭財政支出的一筆重要負荷。而對于電力供應系統來講，需要通過各種合理的方法來增加電力輸出，以滿足居民和企業對電力使用量的要求。同時在一天中的用電高峰期，則可能產生居民集中對電動汽車充電等情況，導致電壓不足、集體斷電等問題。另一方面，電動汽車也會對電力系統產生一定的積極影響，除了促進供電公司的效率改進，增加電力供應系統的經濟收益之外，更重要的是在節能減排對環境保護所發揮的積極作用。

1.2電動汽車對電力系統所產生的負載

電動汽車通過從電力系統對電池進行充電來獲得動能儲備，在運行過程中汽車再將電池中儲存的電能釋放，轉換為汽車行駛的動能，因此要保證電力系統的安全性和穩定性就必須研究電動汽車對電力系統產生的負荷大小 [1]。

關于研究方法，可以采用蒙特卡洛模擬方法對充電過程中的實際功率大小進行研究。為了保證研究的普適性和一般性，需要對不同標準下的電動汽車的性能和要素進行研究，一般應該通過繪制曲線圖增加研究結果的直觀性。另外，當前國際上所使用的電動汽車的電池主要包括鋰離子電池和鉛酸電池兩種，因此要分別研究兩種電池充電時電力系統所產生的負載大小曲線和其他特性。

2、電動汽車充放電對電力系統的影響

電動汽車作為一種新型的由電力驅動的駕駛工具，將逐漸在當前的電力系統中占有重要的角色。在部分發達國家中，電動車所占的電力系統負載已經高達7%～10%。研究表明，假如不能合理地安排這些電動汽車的充放電問題，將會給電力系統造成巨大的不利影響。因此，必須對電動汽車的充電問題進行調整和優化，以適應電力系統當前的狀態[2]。

而最新研究表明，夜間充電不僅可以增加電池的使用壽命，同時提高電力系統的使用效率，但同時也可能會大幅度增加配電系統的損耗，惡化能源利用的效率。除此之外，在較高的電池滲透率的情況下，將可能會改變電力系統的負載曲線，引起局部電路功率下降。將電動汽車駕駛和電力系統狀況相結合進行相關的仿真模擬，獲得相應的仿真曲線可以對電動汽車對供電系統的影響進行較為有效合理的研究。

電動汽車充放電時對電力系統的影響主要包含電力配送、電力運輸、供電發電三個主要方面。對于現有的輸電系統和輸電線路，雖然總體的發電量可能能夠滿足整個區域的用電容量，但是其線路寬裕度可能并不足夠。因此必須考慮通過電動汽車的儲能功能來平衡電力系統的再生能源問題，進行電壓和用電功率的調控。

3、電動汽車的控制和調度現狀研究

在當前的研究狀況中，科技界已經廣泛認識到要解決電動汽車對電力系統的不利影響，更好的推進電動汽車產業的發展，必須探索出先進的對電動汽車的控制和調度模式。針對這類問題，學術界已經建立了旨在減小配電系統損耗和電壓波動的解決模型，其中包含了對電力負載的實時監測和相應約束。并且提出供電系統可以制定浮動階段電價，鼓勵電動汽車用戶在一天中電價最低的時間段進行充電并且配合使用調壓設備，以保證電壓的穩定性，提高對電力能源的使用率，降低經濟負擔[3]。

除此之外，為解決電動汽車對電力系統的控制和調度問題，結合傳統的控制優化模式，建立了新的解決方案，由于電動汽車的控制和調度是一個整體，所以必須結合起來進行研究[4]。電動汽車的控制和調度主要是為了平衡電動汽車在充電和放電過程中對電力系統的運行產生的影響，當前最有效的解決方法是通過分區分層的模式進行調控，通過局部的計算機算法在每個層和每個區塊內尋求能夠有效調控的局部最優解，并且將得到的結果進行認真的數據分析，首先找到第一個有效的節點，然后通過第一個節點逐層深入，尋找其他的關鍵節點，從而構建出準確的數學模型，通過精確的數字分析來實現精準化調度。

結語：

研究電動汽車對電力系統的影響及其調度與控制問題對促進電動汽車這項可再生能源產業的發展具有重要意義。隨著全球環境的不斷惡化，許多國家都相繼出臺了相應的政策鼓勵推進電動汽車的研究和發展。電動汽車的推廣不僅能夠增加環境效益，而且能夠有效保證能源安全。但同時也存在許多負面問題，因此必須重視對電動汽車在電力系統中的調度和控制等問題的研究，促進電動汽車產業快速高質量發展。

參考文獻：

[1]趙爭鳴，劉方，陳凱楠. 電動汽車無線充電技術研究綜述[J].電工技術學報，2016，31（20）：30-40.

[2]李志偉，趙書強，劉應梅.電動汽車分布式儲能控制策略及應用[J].電網技術，2016，40（2）：442-450.

[3]王璟，王利利，郭勇，等.計及電動汽車的微電網經濟調度方法[J].電力系統保護與控制，2016，44（17）：111-117.

[4]賈龍，胡澤春，宋永華，等.儲能和電動汽車充電站與配電網的聯合規劃研究[J].中國電機工程學報，2017，37（1）：73-83.

作者簡介：

吳爽，國網浙江樂清市供電有限公司，浙江樂清;

高怡楠，國網浙江樂清市供電有限公司，浙江樂清。