大容量直流充電樁集群的調峰研究

李倬凡

摘?要：隨著全球能源短缺和環境污染日益嚴重，新能源技術逐漸深入各個領域，在對開發清潔能源多元用途的迫切需要下，我國的新能源行業也在綠色低碳的號召下取得優越性進展。水漲船高，在新能源汽車不斷應用的背景下，電動汽車的使用率使加大電動汽車的電池能量密度成為了新的課題。與此相對應的，如何快速高效可靠地完成電動汽車充電加大了對大容量直流充電樁的需求，這讓直流充電樁在整體電網中的總負荷功率所占比例越來越大，給電網系統調峰帶來了新的挑戰。

關鍵詞：直流充電樁;電動汽車;集群控制;調峰

目前，我國正加大力度推行綠色能源的使用，這也是建設綠色工業的一種表現方式，較為明顯的電力方面表現便是風力發電和光伏發電等新能源的大規模投入使用。隨著可再生能源發電規模的迅速增長，二者大量并網運行，風力發電、光伏出力的間歇不可控性和反調峰特性所帶來的電網穩定性問題也越發嚴峻，給電網的峰谷差調節帶來了巨大負擔，使電網的安全運行面臨著巨大的挑戰，同時大規模建設備用容量提高電能質量也增大了經濟成本。

一、電力系統運行的特點及其調峰需求

（一）電力生產的特點

電力生產與其他產品生產不同，有其獨有的特點。電力系統是一個主要由發電機，變壓器，電力線路，用電設備構成的發輸配用一體的系統。各個環節緊密耦合構成一個連續不可分割的有機整體，且任何環節出現問題都會對整個系統造成影響，且影響的傳遞極其迅速，因此及時調節工況應對各種突發狀況對保證電力系統電能質量和發電可靠性具有重要意義。同時由于電能無法大量儲存，實時滿足供需端平衡也很重要。另外，電能質量需要嚴格控制，抑制諧波污染提高功率因數對電力系統穩定可靠供電具有重要價值。

（二）電力系統的負荷曲線

用戶端用電負荷主要有生活用電和生產用電，這兩種用電方式各有其明顯的特點，受到季節氣候，社會發展，國家政策等多種因素的影響。根據不同負荷的特點，大體上可將負荷曲線分解為三類，第一類曲線主要受家庭用戶等小型用電設備的影響，日常中各類家用電器都可在不同程度上影響用電負荷的變化，此類曲線具有周期短，幅度小，隨機性大等特點;第二類曲線主要受工業大型用電設備和大型電機的起停的影響，這類負荷主要有如高溫電弧爐，軋鋼機，電力牽引機車和大型變壓器等沖擊性負荷構成，具有幅度較大，周期較長等特點;第三類曲線主要受季節氣候生產方式的影響，如夏季為用電高峰，春季為用電低谷，此類曲線體現為日負荷曲線和年負荷曲線，具有可預測等特點。運用基本的疊加原理將三類曲線相加，即可得到足夠準確的負荷變化情況。

（三）電力系統的調峰需求

調峰需要足夠的備用容量來維持供需平衡保證頻率的穩定性，通過一些技術手段，如廣泛應用的抽水蓄能廠以及枯水期水電廠等對峰谷值進行調控以實現削峰填谷的目的，另外我們可以根據各類發電廠的生產特點通過找出最佳的電源分配組合在調節負荷曲線的同時提高電力系統發輸配用的經濟性，以實現電網系統處于平穩、可靠，經濟以及環保運行的目的。

二、大容量對直流充電樁集群的調峰

（一）大容量對直流充電樁的調峰

新能源汽車這種大容量在充電時，隨時有可能中斷，但是這種中斷不會對汽車造成損壞，只是延長了充電時間。當新能源汽車有一定數量或者規模時，就要根據電網的調峰需求，靈活的控制新能源汽車的總充電功率，從而達到電網調峰的目的。

（二）充電樁的調峰注意事項

交流充電樁的充電功率有限，在大容量進行充電時，備用容量不足，因此參與調峰的作用有限，一定要進行確認在進行集中運行，這種情況一般建議不參與調峰。而直流充電樁可多功率（整流）模塊并行，充電功率較大，可以參與調峰。當直流充電樁參與調峰的時候，還可以減輕電網的調峰壓力。另外在大集群運行時，避免變壓器過載。

（三）充電樁在調峰時的集中分散模式

集中控制調峰，實際方案就是將各個充電柱接入充電柱監控中心，并且采用光纖或者無線的方式進行接入，通過監控中心的調節對各個充電柱的直流電功率進行實時監控調峰。分散控制就是在控制調峰的時候，可以采用引入變壓器的方式進行調峰。目的在于通過變壓器的作用，或者同一中壓饋線的作用，控制峰值的變化，避免調峰時相關變壓器或者中壓饋線的用電功率負荷過載。

（四）電池返送與調峰

一般新能源汽車的動力電池成本高，電池壽命和充放電次數又相關，不太建議電動汽車供電電池返送的方式參與調峰。而是應該通過規劃進一步加強配電網的建設，從而提高電網自身的供電能力。

三、純電動乘用車的電氣參數及其對電網的影響

新能源汽車是國家重點扶持的新能源汽車的一種品類。跟隨電池能量密度不斷的增加，讓新能源汽車的續駛里程近年來有了很大的進步。新能源汽車充電設施分為交流充電樁和直流充電樁。不同類型的充電樁都是由樁體、電氣模塊、計量模塊等部分組成。電能汽車的行駛里程也在逐漸的提高，慢慢接近燃油汽車的應用水平，從而用電需求變大電網的負荷功率也變得越來越大。

四、總結

新能源汽車正在大規模的應用，是未來新能源政策最倡導的發展方向，隨著技術的不斷進步和發展，更多人群會選擇新能源汽車進行購買，這樣也會使新能源汽車逐漸增多，相對充電柱也要跟著增大增多，使直流充電樁的充電功率在配電層總荷功率中的占比越來越大，發電總控制調峰情況也會不斷的增加。而單一直流充電樁的功率達，可達到百千瓦級，這種情況的充電功率就能實現平滑調節，但在直流充電樁的數量及總功率在配電網負荷中占比例達到一定限度時，在集群控制模式下更適合參與配電網的調峰，這樣做可以讓配電網更安全的運行，提供比較理想的調節手段，也促進國家在新能源上的發展。

參考文獻：

[1]沈清旭.電動汽車大容量直流充電機控制系統的研發[D].吉林大學，2019.

[2]張光雷.光伏交流充電樁設計及控制策略研究[D].東北電力大學，2018.

[3]吳科.電動汽車模塊化充電技術研究[D].福州大學，2017.