電動汽車充電對電網影響綜述

摘 要：電動汽車在充電過程中成為接入電網的一個負載，大量用戶在給電動汽車充電過程中對電網造成了一定壓力。本文分析了電動汽車充電對電網影響，闡述目前的應對策略，指出了目前應對策略的不足，并提出了建議。

關鍵詞：電動汽車充電 電網影響 應對策略

Abstract：Electric vehicles become a load connected to the grid during the charging process， and a large number of users put a certain pressure on the grid during the charging process of electric vehicles. This article analyzes the impact of electric vehicle charging on the power grid， expounds the current countermeasures， points out the shortcomings of the current countermeasures， and makes recommendations.

Key words：electric vehicle charging; power grid impact; countermeasures

1 引言

隨著碳排放的要求越來越嚴格，傳統的燃油汽車受到強烈沖擊，因此，零碳排放的電動汽車隨后出現。用戶在購買新車的過程中，由于電動汽車在使用過程中低碳、節能、環保的特點，越來越多的人選擇電動汽車作為自己的購車首選。國家為了促進電動汽車成為人們購車首選目標，國家對購買電動汽車的用戶給予一定的購車補貼，并且電動汽車在城市道路行駛實行不限號政策，促進人們對電動汽車的消費。

美國在電動汽車領域研發比較早，具有知名度的電動汽車比如特斯拉。目前國內眾多知名車企都開始研發電動汽車。比亞迪、小鵬、蔚來等在國內汽車的銷量非常不錯，電動汽車的數量也隨之增多。電動汽車主要以電力為能源，在電動汽車充電的過程中，增加了電網的負荷，因此，電動汽車充電給電網帶來的危害不容忽視。文獻[1]關于電動汽車的電池特性、充電模式以及用戶行為習慣對電網產生的影響，利用蒙特卡洛法在MATLAB中對單臺電動汽車充電負荷進行建模，得到了一天內電動汽車的平均充電負荷曲線，為電動汽車充電對電網影響的研究提供了基礎。文獻[2]基于隨機、網損最優以及分時電價三種不同的充電方式對電網的影響，建立了以網絡總損耗最低和用戶充電支出與負荷波動方差綜合最低的有序充電模型，應用群搜索算法進行求解。結果表明，隨機充電方式對電網影響最大，網損最優和分時電價充電都能夠有效環節大量電動汽車充電給電網增加的壓力。文獻[3]針對電動汽車充電對電網的負荷節點電壓以及網絡損耗的影響，采用了動態多目標的電動汽車優化充電調度策略，改善了電網運行指標和用戶利益。研究人員們都對電動汽車充電給電網帶來的影響進行了分析研究。本文在研究人員的基礎上，主要針對當經電動汽車充電對電網產生的危害及控制策略進行了簡要總結，并提出了相關建議。

2 電動汽車充電對電網影響

2.1 能源供給

隨著電動汽車的數量一年比一年多，電動汽車充電所消耗的電量占社會用電總量的比重在逐漸增加。電動汽車充電行為缺乏規范化的管理，出現了無序充電行為。由于電動汽車的無序充電，在某時刻，會出現電動汽車充電峰值，從而導致電網出現用電高峰期，增加電網的負荷。因此，面對電網負荷的增加，通過加大電網建設和增加裝機容量來緩解電網壓力，容易導致電網設備利用率下降，帶來不必要的浪費。

2.2 穩定運行

大量的電動汽車在充電過程中的隨機性，導致電網用電也產生較大的波動，電網的負荷忽高忽低，使電網系統運行和控制的穩定性降低。大量的電動車無序的接入電網，導致電網的穩定性降低[4]。當過量的電力能源被電動汽車充電所占據，電網電壓過低，將導致大部分用電器無法正常的工作。

2.3 網絡損耗

電網中的網絡損耗由兩類組成，空載損耗和負載損耗[5]。空載損耗和線路中的電壓相關和電流無關[6]。負載損耗也稱為可變損耗，與線路中的電流平方有關，電流越大，負載損耗就越大，反之越小。在電網用電高峰期，此時電網的負荷處于高峰時段，電網中電動汽車的接入，電網的負荷將升高，從而，電網的電壓將會降低，這樣以來電網的線路損耗和變壓器損耗將增大。

2.4 諧波污染

用于電動汽車充電設備是一種非線性的負載[7]，將其接入電網中，容易使電網出現諧波污染。電動汽車充電過程中會向電網輸入諧波，諧波的產生會對接入電網的用電設備產生干擾[8]，諧波產生的諧波電流還會使電網系統中相互并聯的大容量電容器發生損壞。較大的諧波電流會增加電網系統的能耗，產生無用功率，增加電力設備負荷，導致電網側功率因素降低，電網中的有功功率也會降低[9]。電網中產生多余無用功將主要以產熱的方式消耗，溫度的升高將導致電網系統運行可靠性降低。由于諧波的干擾，電動汽車控制保護系統運行的穩定性降低，大規模電動汽車充電過程產生的諧波污染，使整個配電網質量嚴重下降。

3 電動汽車充電對電網影響的應對策略

3.1 有序充電方法

在日常生活中，對電動汽車充電實行有序優化控制可以避免用電重疊時間和用電高峰期[10]，從而降低峰谷差并提高經濟效益。因此，需要從電動汽車每天的耗電量需求展開探索，在充電技術或者經濟手段引導電動汽車展開有序充電，提高電動汽車充電管理水平。目前，為了對電動汽車充電行為進行有序控制，采取了分時電價的方式培養用戶充電行為。該策略在滿足用戶充電的同時，降低了高峰時段電網的負荷。

根據電力系統中負荷的變化情況，將一天24小時劃分為三個時間段，分別為用電峰時段、用電平時段以及用電谷時段，不同時間段采用不同的電價機制。

根據用戶在一天中用電所給電網帶來的負荷制定出分時電價需求響應模型。預測電網中接入用戶的負荷量，制定峰時段、平時段以及谷時段的不同水平的電價。

用戶按照分時電價機制合理充電，提高電力設備的利用率并達到削峰填谷的作用[11]。依據文獻[12]中的負荷需求量，得出電價劃分表，通過計算分析將峰時段劃分為平峰與尖峰兩個時段。電價劃分如表1所示。

通過電價劃分表可以看出，在1：00-7：00之間，電網處于谷峰時段，電價最低，這個時間段，電動汽車接入電網進行充電，對用戶充電十分經濟。低谷時段，電網負荷小，電動汽車接入電網，合理的利用電網能源，減輕了尖峰時段電網的壓力。通過分時電價調控策略，合理的利用了電網能源，提高了用戶使用電動汽車充電的經濟性。

3.2 諧波抑制技術

電網中產生的諧波污染不可忽視，以下是關于對電網中出現的諧波抑制技術進行了簡要分析。

如今較為成熟的諧波抑制方法分為無源濾波和有源濾波。無緣濾波的用途不僅有濾波作用還有調壓方面的需要。無源濾波設備電路簡單運行可靠性好[13]。由于無緣濾波在工作過程中受系統的參數影響較大，只能消除待定的幾次濾波，隨著濾波電流的增大，會導致濾波設備過載及設備的損壞，隨著電力技術的進步，人們逐漸往有源濾波技術的研究。有源濾波可以對不同大小和頻率的諧波進行快速的跟蹤補償[14]。目前國內應用于低壓有源濾波技術，而國外已經將高壓有源濾波技術運用到實踐。

在諧波源的產生上采取措施，最大可能地避免諧波的產生。這種方法比較積極，能夠提高電網質量，可以減小因為諧波影響產生的多余電能消耗。為此，研究人員們通過增加整流器的脈動數、PWM整流技術[15]、三相整流變壓器采用或的接線等方法來降低諧波源的諧波含量。

針對充電站諧波問題的治理，文獻[16]中，陳冉根據電動車在充電過程中產生的諧波問題，采用電壓外環和電流內環雙環控制的策略實現對充電站諧波問題的治理。文獻[17]中楊樂針對電動汽車充電產生的諧波問題，設計了混合電力系統濾波器對交流側的諧波進行抑制。文獻[18]中馮晨設計了一種基于模糊理論的變換滯環電流控制，該方法能夠很好的跟蹤指令電流的變化，經過補償后波形更為理想，諧波含量也更少。文獻[19]中王淑雅針對電動汽車充電產生的微電網濾波，提出了將微電網儲能系統和有源濾波相結合的方法對產生的濾波進行抑制。文獻[20]中，盛琪針對電動汽車充電產生的諧波電流，制定了電動汽車有序充電策略，對產生的諧波電流進行了有效消除。

4 電網影響策略的不足及建議

通過上述研究分析，關于應對電動車充電帶來的影響的應對策略主要為有序充電法和諧波的抑制技術。在有序充電方面，通過分時電價機制促進用戶在電力系統用電谷峰期有序充電，可以減輕電網在高峰時段的負荷，保持能源的合理利用和電網穩定運行。在分時電價調控策略下，谷時段電價便宜。但是隨著電動汽車的數量一年比一年多，大量的電動汽車在谷峰期同時充電，將會造成電網負荷增大。如何解決用電谷峰期用戶充電造成的電網負荷問題將是研究的重點。

關于電動汽車充電過程中產生的諧波污染，主要從產生諧波源出進行了應對處理。總結發現，有源濾波在處理諧波污染問題效果更好。但是目前用有源濾波處理諧波污染我國還處在低壓階段。目前電動汽車在快充充電樁的充電過程中使用的是高壓。所以，將有源濾波處理諧波污染問題應用在高壓電路上是我們研究的重點。

為了緩解電動汽車充電給電網造成影響。我們應該大力發展城市屋頂光伏能源收集政策，通過太陽能發電，供給小區內電動汽車充電，減緩電網用電負荷。大力提倡V2V模式，讓每一輛車都成為一個充電電源，在電動汽車閑置的時候實現給需要工作車輛進行充電，合理的使用電力能源。在城市中，電動汽車應該在制定的地點進行充電，有利于電力部門對電力能源的合理調配，減輕電網壓力。

5 結語

電力能源成為我們日常生活中的主要能源，電器設備方便的解決了人們日常生活的問題，也隨之加大了電力能源的消耗。如今，電動汽車作為清潔車型的代表，該車輛的保有量逐年遞增，電動汽車充電對電力能源的消耗也日漸明顯，電網隨著充電汽車接入的增多，其所受的負荷將越大，電動汽車充電帶來的影響不可忽視。針對電動汽車充電中產生對電網不利的影響及解決策略還值得研究人員深入研究。

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作者簡介

魏陽喆：（1996.08.20—），男，漢族，陜西安康人，碩士。研究方向：載運工具運用工程。