規模化電動汽車充電對電力系統的影響

霍紅娜

摘要：科技的進步，促進人們對能源需求的增多。電動汽車由于具有直接排放污染少、有利于消納新能源等優點，受到各國政府、工業界以及科研機構的關注，未來將獲得大規模推廣與應用。電動汽車規模化應用將會產生巨大的充電設施基礎建設需求，充電負荷的快速增加也將給電網帶來新的挑戰。本文就規模化電動汽車充電對電力系統的影響展開探討。

關鍵詞：規模化;電動汽車;充電;電力系統;影響

引言：規模化電動汽車充電對電力系統的影響，主要體現在用電平衡、電能質量及諧波這幾方面。提出了降低電動汽車對電力系統影響的應對措施：加強對電動汽車充放電技術的研究，采用電池租賃的運營模式，建立分時充電電價，有效干預諧波現象。可以借助直流電或蓄電池的電力進行充電，這種充電方式不僅耗費成本小，還不會對環境造成太大污染，經濟實惠與環保效益兼得。

1規模化電動汽車有序充電的概述

電動汽車是以電能為驅動能源的，而電能有著高效、清潔、無污染等特點，電動汽車規模化發展已成為社會發展的必然，是一種趨勢。電動汽車有序充電則指的是在滿足電動汽車用戶充電基本需求的前提下，通過有效地方法，直接或間接的控制電動汽車充電時間和充電功率，進而避免電網高峰，減少電網運行負荷，其最終目的就是保重電動汽車和電網雙方的協調發展。在當前社會發展形勢下，電動汽車越來越普遍了，電動汽車的發展有效地推動了我國社會經濟的增長。然而，電作為電動汽車的驅動能源，面對這個快速發展的社會，很容易出現無序充電行為，一旦電動汽車出現無序充電行為，勢必就會增加電網運行付費，尤其是碰到電網高峰時期，對電網運行安全造成威脅。為此，為了保證電網正常運行，滿足電動汽車用戶的需求，針對電動汽車充電行為，必須采取有效的措施確保電動汽車有序充電。

2規模化電動汽車充電對電力系統的影響

2.1影響電力的用電平衡

電網存在地域性的分配限制，當電動汽車進行大規模充電時，就會對配電網造成很大的用電負荷，從而影響配電系統的穩定性。在大量汽車集中式充電時，必須要重視電網的用電穩定性和平衡問題。針對這一現象，可以統一協調電動汽車充電問題，要對需要充電的電動汽車數量采取一定的干預措施，以免出現變壓器負荷過載、線路故障等問題，確保配電網運行的穩定性和可靠性。

2.2電壓下降

大量實測數據表明，隨著電動汽車滲透率的不斷增加，若對充電行為不加控制，電動汽車充電日負荷曲線將與配電網日負荷曲線基本一致，造成配電網負荷峰峰疊加，增加線路損耗，可能引起配電網電壓短時間大幅度下降。國外很多學者通過建模和仿真研究了規模化電動汽車接入居民小區配電網引起的電壓下降問題。仿真結果表明，在不控充電模式下，當電動汽車滲透率達到12%時，配電網電壓偏移開始超過10%，50%滲透率時的電壓偏移達到14%;當配電網中接入快速充電負荷時，配電網電壓下降程度更加嚴重，50%滲透率時的電壓偏移達到21%。

2.3影響電能質量

當電壓過低時，電網的有功功率和無功功率都會變大，從而加大成本。當充電樁接入配電網時，要使電動汽車有序充電，特別是在高峰期時，更要避免大量汽車同時充電，否則會給電力系統造成很大負擔，會使片區配電網超負荷運載，嚴重影響用戶用電質量和穩定性。由于每個用戶用車的隨機性太強，所以充電時間沒辦法統一，這也是造成用電負荷不確定性的主要因素。如果很多電動汽車同時接入電網充電，就很容易超過電網的最大負荷，電網峰谷差率一旦加大，就會導致電網運行的效率低下、發電成本過高、區域用電緊張、配電設施負擔過重、配電網運行和管理難度增加。

3降低對電力系統影響的應對措施

3.1電動汽車協調充電優化模型

電動汽車充電負荷具有一定的可控性，通過合理調控，不僅能夠避免新的負荷峰值，而且能夠平滑負荷曲線;通過合理調節充電時間和充電功率，對電動汽車負荷進行控制，為高效地滿足電動汽車充電需求提供控制手段。

3.2加大智能電網技術的應用

智能電網技術作為一種有效的有序充電控制方法到，利用智能電網技術，電網可對電動汽車充電進行管理，一方面可以有效地避免電動汽車對電網運行的影響，另一方面還可以利用電動汽車的靈活性，提高電網的運行效率。在智能電網控制電動汽車充電過程中，通過智能技術，可以全面分析電動汽車與電網的雙向能量轉換（V2G）后的所需的電能，提高電網的穩定性和經濟性。

3.3有序充電控制策略

為了抑制或消除電動汽車充電的負面影響，采用一定的充電控制策略使某些指標趨于最優，即有序充電。有序充電的控制策略是圍繞避免過負荷、減少功率損失和抑制電壓波動等方面展開，其本質是在不增加配電網容量的基礎上，協調充電時間，平抑峰谷差，改善電壓質量，以滿足大量電動汽車的充電需求。

3.4有效干預諧波現象

（1）嚴格執行國家規定的有關諧波的各項標準，從源頭上對諧波水平進行干預和控制。（2）在導致諧波的諸多因素中，換流裝置是其主要因素之一。加大換流裝置的相數，將脈動數從6增加到12，以降低諧波電流有效值。（3）通過優化無功補償裝置來增強配電網對諧波的承受能力。（4）增設濾波裝置，通過就地治理的手段直接在充電站開展治理諧波工作。未來，在充電站中建設綠色充電機或許會成為一種發展趨勢，這種案例也會越來越多。借助綠色充電機能幫助電動汽車在充電的同時抑制諧波的產生。以武漢某電動汽車運營公司為例，該公司建設了綠色充電系統，該系統主要通過集中充電的方式進行工作。充電模塊主要由功率因素校正、直流轉直流（DC/DC）兩大功能電路組成。綠色充電系統采取了電流平均值控制法，是利用較高功率因數的Boost單相功率因數來校正電路，這樣能夠有效提升功率，使功率因數高于0.92，使諧波畸變率低于5%。

3.5價格控制

為確保規模化電動汽車有序充電，可通過電力市場來進行控制，采用電力價格機制引導用戶主動調節充電行為從而實現利益最大化。首先，可以采用分時電價，根據電網負荷變化情況見每天小時劃分高峰、平段、低谷等多個時段，對不同的時候制定不同額店家水平，通過這種方法來激勵電動汽車用戶合理安排充電時間，削峰填谷，提高利用效率。其次，可以采用階梯電價，把戶均用電量設置為若干個階梯分段或分檔次定價計算費用，進而更好地引導電動汽車用戶進行有序充電。

結語：在環境污染嚴重、能源危機巨大的形勢下，電動汽車的推廣和使用體現出了重要的意義和價值，但因此造成的配電系統運行不平衡等問題也引起了高度重視。政府部門和技術部門會共同采取有效措施，使這一問題得到合理解決。對于純電動汽車的充電問題可以借助直流電或蓄電池的電力進行充電，這種充電方式不僅耗費成本小，還不會對環境造成太大污染，經濟實惠與環保效益兼得。對于充電站、直流機及充電樁的建設應結合車輛行駛軌跡設在停車場、小區、超市等人口流動密集的地方，這樣能夠充分發揮土地資源的作用，提高社會效益。