電動汽車充換電設施運營模式及其對電網的影響

徐世澤，張永明，吳 笛，馮文波

（浙江華云電力工程設計咨詢有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引 言

在電動汽車發展的過程中，電動汽車的電池儲量一直不能有效提高，且相應的汽車充電技術在發展過程中遇到了難題。由于當前相應的科學技術水平達不到要求，因此想要短時間通過研發和創新解決此類技術難題是不現實的。所以，需要不斷改進和完善電動汽車充電設施的運營模式，從而有效彌補電動汽車電池儲量和充電技術上存在的不足。

1 電動汽車充換電設施運營模式分析

1.1 電動汽車充換電運營模式具體含義

為了不斷加強電動汽車的推廣和應用，相應的國家電力部門不斷改進和完善電動汽車的充換電設施運營模式，以達到為電動汽車提供便利的目的，為將來滿足電動汽車用戶越來越多元化的要求打下良好基礎。當前，電動汽車充換電運營模式是一種電動汽車使用者之間相對獨立的運營機構，最主要的作用是為電動汽車提供相應的充電服務，將當前社會上較為分散的電動汽車負荷集中起來進行統一管理。實際運行過程中主要由相應的國家協議對相應的電網公司進行統一調度。因此，將電動汽車負荷的電能服務有效聚集起來，是當前電動汽車充換電設施運營模式最主要的含義[1]。

1.2 電動汽車充換電設施運營模式的具體類型

隨著科學技術水平的不斷提高，世界上很多國家都已經開始對電動汽車充換電運營模式進行分析與研究。當前，充電設施運營模式發展最好的是美國的PBP公司。PBP公司大力提倡為顧客提供充換電的租賃模式，讓廣大電動汽車使用者可以通過較低的價格獲得優質的服務。當前這種模式較為完善，具備較多優點，為電動汽車使用者提供了更多便利。

這種運營模式的推廣降低了相應電動汽車使用者消耗的成本。通常，電動汽車的電池價格十分昂貴，而PBP公司在發展電動汽車充換電租賃業務的過程中，為用戶承擔了電池費用。在用戶使用過程中，只需要以一個較低的價格就可以享受電動汽車的充電服務，降低了電動汽車的使用成本。

電動汽車的充換電服務有效彌補了電動汽車在續航能力上存在的缺陷，降低了電動汽車充電技術對電動汽車使用的影響。當前，美國的PBP公司在為電動汽車充電時整個過程不超過10 min，近似于普通燃油汽車為汽車加油的時間。PBP公司在美國境內建立了多個電動汽車的充換電網點，將各個站點進行科學合理布局，有效解決了電動汽車缺乏續航能力的問題。

1.3 電動汽車充換電設施租賃模式的缺陷

雖然這種運營模式在實際應用過程中為用戶提供了極大便利，但是也存在一定的缺陷。若是在使用過程中按照相應汽車里程進行計費，那么在汽車行駛過程中其他的用電項目也會計入汽車租賃業務。例如，在行駛過程中汽車的空調、遙感設備所消耗的電量，最終都會計算到租賃費用。采用這種計費模式極增加了相應的租賃費用。

2 電動汽車充換電設施運營模式規劃

2.1 由相應電力部門直接控制的運營模式

像美國PBP公司提出的運營模式在世界上比較少見，更多的國家采用的是由國家電力部門提供的充放電模式。這種模式為用戶電動汽車提供充電服務主要是由相應的國家電力網絡公司進行直接的控制與調節，將這類運營模式叫做國家電網公司直接控制運營模式。在這樣的模式下，國家電網公司可以直接調節電動汽車的充電模式，有效降低了對電動汽車充電過程中對國家電網造成的影響，確保國家電網整體的負荷曲線保持在一個較為穩定的狀態。隨著電動汽車充電時間段的不斷改變，相應的國家電力部門可以有效控制順序充電，科學合理規劃整個充電時間段[2]。

2.2 非國家電力部門集中充電運營模式

當前，非國家電力部門采用的集中充電運營模式存在峰谷電價差，因此該模式在實際運行過程中需要考慮在降低成本的基礎上不斷提高對電動汽車的充電效率。在電動汽車充電的峰谷期可以有效節約充電成本。當前，電動汽車通常一天進行2次充電，分別為早上的8:30到下午的5:30，第二次是從下午的6:30到第二天早上的6:00。通過分析這2個充電時間段可知，在白天對電動汽車充電不存在峰谷期，在早上8:30到下午2:30處于充電平穩期，只有凌晨0:00到第二天早上6:00處于充電的低谷期。

由于當前社會上電動汽車的數量在不斷增加，相應的非國家電力部門為了不斷提高直接的經濟收益，還推廣了分批式充電運營模式。由于這些電動汽車在實際使用過程中不會受到最大用電負荷的影響，因此自行充電和集中充電的效率基本一致。當前，非國家電力部門受到充電時間段的影響，因此它的充電工作與集中充電模式相比受到了更多規范化的約束。

3 電動汽車充換電設施運營模式對電網的主要影響

3.1 具體的案例分析

由于電動汽車在充電負荷過程中時間和空間上存在著極大的可變性，因此需要在整個配電網路安全運行的情況下，確保電網運行可以有效滿足當前電動汽車電網負荷增長的正常需求。本文主要對某地2015-2018年相應的配電網絡數據進行系統分析，對其平時運行過程中有可能遇到的最大日負荷變化進行了科學研究。實際統計過程中主要研究了該地區全部的電動汽車在充電負荷轉換為充電站提供的情況下，相應的變電站是否會出現過載現象，并且研究了相應的配電網絡何時進行改進和升級，以及不同電動汽車充換電設施在不同運營模式下對整個配電網絡進行改造和資金投入會取得何種效果等。

3.2 統計結果分析

統計過程中主要對4種不同的電動汽車充換電運營模式進行了分析，最終獲得了相應變電站最大負荷變化曲線。根據變化曲線實際的變化，對不同運營模式下電動汽車接入對輸配電網絡的影響進行總結，具體數據如表1所示。

表1 不同充電運營模式下相應最大日負荷數據以及相對負載率

當前變電站最大的容量在100 MW左右，為了確保變電站能夠安全穩定運行，一般要求相應變電站的最大負載率不超過其最大容量的70%。因此，具體負載率要在70 MW左右。一旦變電站的負載率超過這一數值，可以認為該變電站處于超負運行狀態，將給變電站未來負荷的穩定增長以及整體設備安全穩定的運行造成不利影響。隨著科學技術水平的不斷提高，相應的電動汽車技術基本每年都會取得顯著進步。隨著電動汽車使用數量的不斷增加，變電站的最大負荷也會不斷提高。在表1總結的4種運營模式下，需要合理控制各個運營模式的最大負荷，保證將最大負荷的數值降到最小。

4 結 論

隨著不斷改進和完善電動汽車的充電運營模式，在發展過程中作為主要的利益主體不僅有效促進了電動汽車行業的發展，而且在發展過程中以一種特別的方式系統分析和總結了電動汽車充換電設施的各種運營模式，為電動汽車行業的不斷進步和發展打下了良好基礎。