電動汽車新能源供給方式規劃研究

賴曉龍

摘要：在當前新能源不斷發展的基礎上，電動汽車得到了逐漸發展。本文深入研究了電動汽車新能源的供給方式規劃，分析了電動汽車充電設備規劃的幾種因素，并且探討了民用住宅小區接入電動汽車的供電方式。

關鍵詞：電動汽車;新能源;供給方式;規劃

引言

大力發展電動汽車已成為世界各國應對氣候變化、環境污染問題和推動節能減排的一項重要措施。我國《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃》明確將電動汽車列為“十二五”汽車工業發展的戰略方向[1]。隨著電動汽車保有量的快速增長，這種新型電力負荷帶來的影響已成為許多電力研究者關注的焦點。目前，對電動汽車的電能供給方式主要包括充電和換電2大類，不同的電能供給方式對應的充電負荷具有顯著區別。規模化電動汽車充電對電網影響的研究主要集中在充電站的諧波分析和抑制和充電機整流裝置[2]。

1影響電動汽車充電設施規劃的因素

國家電網公司籌建的首批示范電動汽車充電站，服務對象不僅是純電動公交車，還包括未來商業化前景更大的純電動轎車。一旦國家電網公司正式啟動電動汽車充電站全國網絡的建設，勢必會極大地推動我國電動汽車行業的發展。目前，

我國有不少城市和地區已經開始電動汽車充電站建設，但還沒有形成一套成熟的布局規劃體系，更沒有形成充電站的規模建設。影響電動汽車充電站布局的因素具體如下。

1.1電動汽車充電量的總體需求

電動汽車充電量的總體需求是影響充電站布局的關鍵因素。只有電動汽車充電總量達到一定規模之后，大規模布點充電站才可能實現經濟可。

1.2電動汽車運行模式

電動汽車在不同的運行模式下，對其續駛能力和充電時間要求也不同，從而影響著充電的方式和電能的消耗，充電站建設方式和功率需求也將受到直接影響。根據不同的用戶類型，電動汽車可以分為以下幾類：示范區用車、集團車隊、社會車輛、微型車輛。

1.3電動汽車能源供給方式

對于電動汽車能源供給方式的選擇，現今普遍存在整車充電系統（包括常規充電、快速充電2種模式）和地面充電系統這2種模式。地面充電系統又稱機械充電，通過電池租賃方式，直接更換電動汽車的電池組。下面對整車充電系統進行介紹：

第一，整車充電系統中的常規充電模式。蓄電池在放電終止后，應立即充電（在特殊情況下也不應超過24h），充電電流相當低，大小約為15A，這種充電方式稱為常規充電（普通充電）。

第二，整車充電系統中的快速充電模式。蓄電池的常規充電模式一般時間較長，給實際使用帶來許多不便。快速充電模式的出現，為純電動汽車的商業化提供了技術支持。快速充電又稱應急充電，是以較大電流短時間在電動汽車停車的20min-2h內，為其提供短時充電服務，一般充電電流為150～400A。

第三，充電時間。不同運行模式的電動汽車對充電時間提出了不同的要求，而充電時間的不同需要不同的充電方式來滿足。在對充電時間要求不高的情況下，可在電動汽車的停運時間利用電力低谷進行常規充電，延長車輛的續駛里程，如夜間停止運行的公交車輛、公務車、特種車輛或社會車輛等;在充電時間較為緊迫的情況下，需要采用快速充電或電池組快速更換及時實現電能補充，如出租車和在線路上運行的公務車或社會車輛等。

2民用住宅小區對電動汽車充電機的供電方式

民用住宅小區對電動汽車充電負荷的供電方式可分為2類：一是在私人停車庫建設獨立的充電裝置，即從住戶配電箱引出一回線路至停車庫的專用插座來提供充電電源;二是在住宅小區的停車場內布置成組的交流充電設備，并采用鏈式供電方式為其提供電能。這類電動汽車充電設備對供電可靠性的要求低于獨立充電裝置，并且從實際情況考慮，往往不具備新建專用供電變壓器的條件。因此，為電動汽車車載負荷供電的設施可以利用原有供電基礎設施進行改造。方式一適用于分散的獨棟式住戶及別墅小區住戶。

3電動汽車充電負荷特性

私家車在居民住宅小區內的獨立或公共停車場停放時間較長，能夠對其進行常規的慢速充電。常規充電電流一般為0.1～0.2倍率，電池從零電量充滿需要5～8h。中國大部分城市還沒有實施分時電價，那么可以假定用戶為電動汽車充電的起始時間就是抵達自己住宅小區的時間。而且電動汽車到達小區的時間遵循一定的分布規律，此分布規律受居民的出行習慣和電動汽車的行駛里程、停放規律等因素的影響。這種電動車輛依次抵達小區的行為可以用2段泊松過程描述。

對一般的住宅小區情況而言，第1時段在下班高峰期（車輛抵達的高峰期）18：00—20：00，小區總車輛中80%以上的車輛返回;20：00—24：00為車輛抵達低峰期，剩余車輛返回。基于MATLAB中產生泊松分布的隨機數方法，分別生成了2個時間段（18：00—次日2：00和20：00—次日6：00）內隨機抵達的車輛數列。規模化電動汽車負荷的隨機性接入對民用住宅小區供電系統的影響在夜間最為突出，此時間段對應住戶的用電高峰期。此時的供電質量將直接影響居民家用電器的工作性能、使用壽命及安全性。此外，電動汽車負荷特性還受到充電功率、起始荷電狀態（SOC）0及充電模式的影響。由于電動汽車用戶充電習慣的不同，起始荷電狀態（SOC）0是隨機的。

4民用住宅小區接入電動汽車的供電方式

普通型或PFC型電動汽車車載充電機均可直接接入別墅小區原有供電系統，且滿足諧波、電壓偏差、三相不平衡度等電能質量指標限值。但對于多層型小區及高層型小區而言，普通型的電動汽車車載充電機直接接入小區時，原有供電系統的諧波、三相不平衡度等電能質量指標不能滿足國家標準;即使所有車載充電機全部采用PFC型，能有效降低小區供電系統的諧波污染，但供電系統的三相不平衡度仍不能滿足國家標準。因此，民用住宅小區接入規模化電動汽車的供電方式應該根據具體的小區類型而制定。

1）分散的獨棟式住戶及別墅小區生活供電系統可以同時承擔電動汽車車載充電負荷和普通負荷，且對電動汽車車載充電機諧波及功率因數等指標無特殊限制。

2）多層型小區及高層型小區生活供電系統無法同時支撐電動汽車車載充電負荷的直接接入。多層型小區及高層型小區的電動汽車車載充電負荷需要配置獨立的充電供電設施，其供能系統應配置專門的配電變壓器（例如，630kVA，10/0.4kV），可以選用Dyn11聯結方式有效阻斷低壓側的3倍次諧波，并采用鏈式供電方式。多層型小區及高層型小區的電動汽車充電采用獨立供電系統后，可以采取集中治理的措施應對充電負荷的諧波及功率因數等問題，故對電動汽車車載充電機的諧波及功率因數等指標可以不限制。

3）各小區采取上述合理的充電供能方式后，即使全部使用普通型電動汽車車載充電機充電，也能滿足各住宅小區生活供電電能質量指標，以及公共連接點（PCC）的電能質量各項指標，從而，為確定電動汽車車載充電機準入基本條件提供了技術支持數據。

結語

本文針對空間分散、時域隨機的電動汽車負荷，考慮不同功率變換特性的車載充電機接入典型民用住宅小區，量化分析了不同功率變換特性的車載充電機接入對住宅小區生活供電系統電能質量的影響程度;并重點研究了規模化電動汽車車載充電負荷以不同滲透率隨機接入對住宅小區供電系統的沖擊以及相應的住宅小區充電供電方式。下一步工作將考慮如何確定民用住宅小區供配電的整體方案及規劃設計。

參考文獻

[1]宮鑫，林濤，蘇秉華.插電式混合電動汽車充電對配電網的影響[J].電網技術，2012，36（11）：30-35.

[2]胡澤春，宋永華，徐智威.電動汽車接入電網的影響與利用[J].中國電機工程學報，2012，32（4）：1-10