電動汽車對電力系統的影響及其調度與控制問題

羅留祥 柴宇奇

（商丘職業技術學院 河南商丘 476000）

隨著全球經濟的快速發展，對于石油能源的需求量激增，與此同時，伴隨著石油消耗所產生的排放物和污染物對生態環境所造成的污染已經對人類自身產生了危害甚至是威脅。在這樣的背景下，已經有越來越多的國家加入到了新能源研發行列，同時也在各個行業領域開啟了新能源的使用。對于汽車行業來說，在很長一段時間內都是以燃油作為其主要的動力來源，以我國為例，燃油汽車占比較大。然而，隨著能源短缺形勢的日趨嚴峻和環境污染日趨嚴重的雙重壓力，尋求新的能源替代產品已經成為汽車領域發展的主要方向。近年來，電動汽車發展迅速，市場占有率也逐年提升，更因其尾氣零排放及能源來源方式多樣化的特點能夠極大緩解我國能源危機和環境污染等問題。可是，隨著電動汽車規模的擴大，對于電力供應量也提出了更高的需求，這給電力系統帶來一定的影響和壓力。基于此，深入分析電動汽車對電力系統造成的影響，并有針對性地制定應對策略是十分必要和有意義的。

1 電動汽車概述

1.1 電動汽車發展現狀概述

與傳統的內燃機結構相比，電動汽車優勢明顯，而作為一項創新技術，其廣泛應用和推廣不僅推動了汽車領域的多元化、創新式發展，更推動了電力行業經濟效益的提升，同時，降低傳統汽車尾氣排放對生態、環境造成的侵害。在某種程度上，電動汽車的出現和發展是時代、社會和科技發展的必然結果。我國電動汽車還處于發展階段，無論是技術還是應用，都還有很大的探索和提升空間，而這其中最為關鍵的問題就是電動汽車充電問題。當下，電動汽車領域存在比較集中的問題，如充電基礎設施不足、充電效率低下等，也正是這些問題在很大程度上制約了電動汽車發展和普及的程度。

實際上，隨著人們生活水平的提升，汽車已經成為家庭的必需品，我國汽車數量也呈現著逐年上升的趨勢，與此同時，能源危機、環境污染還在持續惡化，燃油汽車所排放的尾氣對大氣和環境的污染性已經無法逆轉。面對這樣復雜的現狀，在保持汽車行業經濟增長、人們生活水平提升的前提下，要緩解能源危機、實現生態、環境可持續發展，尋求替代能源、實現技術創新是必然的選擇。因此，電動汽車的產生、發展及普及既是汽車行業技術發展的結果，也是經濟社會環境協調發展的需要。

就我國目前電動汽車發展而言，充電依然是亟待解決的首要問題。一些電動汽車家庭存在私接充電電源的問題，導致整個電動汽車充電環節混亂，這不僅影響了電動汽車行業規范性發展，更對電力系統埋下了安全隱患，甚至讓那些原本就對電動汽車持觀望態度的購買者徹底失去信心。

1.2 電動汽車發展的意義

我國的石油資源并不豐富，尤其面對如此大數量的石油需求，更顯得力不從心，不得已只能依靠進口。而國際局勢復雜多變，大量依賴進口也同時意味著要受制于人，這是人們最不愿意面對的。近年來，環境問題也是我國關注的重點，燃油汽車尾氣排放所產生的污染物已經被世界認定為造成環境污染及溫室效應的罪魁禍首之一。為了緩解這種不良局面，同時又要保持經濟增長的速度及汽車行業發展的穩定性，新能源、新技術的使用和創新是必然的發展趨勢。因此，電動汽車作為一種新能源汽車，因為其節能、零污染及對環境友好的特征，將會成為汽車領域未來發展的必然趨勢［1-2］。

此外，為了盡快擺脫國家對于石油等能源依賴進口的局面，降低國家受制約程度，新能源的開發、利用是必然的發展趨勢。而電動汽車的發展在很大程度上緩解了我國對于石油的依賴程度，促進我國能源結構的多元化發展，實現能源結構格局的變化。從短期看，其能夠緩解能源壓力；而從長期來看，對于國家實現發展綠色能源、實現持續發展及“碳中和”目標都具有重要的意義。

2 電動汽車對電力系統產生的影響

2.1 電動汽車對電力系統產生的影響

電動汽車的普及推廣是社會進步和發展的必然選擇，其的廣泛應用無論對緩解能源危機，還是促進可持續發展的，抑或是優化能源結構，都起到積極的作用。然而，電動汽車的使用也并非完美無缺，至少其充電所需的充電設施、用電量對于傳統供電系統來說也是一項挑戰，這種挑戰在電動汽車應用之初顯得尤為突出。首先是用電需求，這也是電動汽車最基本的要求，當電動汽車的數量越來越多后，這時可以將每一部電動汽車看作一臺用電設備，每增加一部電動汽車就意味著一臺用設備加入到了電力系統中，這對于傳統供電系統來說，將產生經濟效益和運行穩定性兩方面的影響。對于購入電動汽車的家庭來說，雖然省去了原本燃油汽車用油的費用，但充電所需的電量將作為另一項家庭財政支出，這筆支出將會占有家庭支出的一大部分比例。而從電力供應系統的角度來看，面對持續增加的用電設備，為了保證供電的穩定性，只能尋求各種合理方式提升電力輸出，以保證人們日常生產、生活的用電量。然而，電動汽車充電時間的隨意性讓電力部門很難再依據傳統供電特征總結出電動汽車的用電規律，因此，就很容易出現用電高峰時段電動汽車集中充電的情況，從而導致電力供應壓力過大、電壓不足，甚至集體斷電等問題，這是電動汽車對電力系統的負面影響。從積極的角度來看，隨著電動汽車的廣泛使用，對于電力系統的影響已經成為必然，那么對于電力部門而言，提高供電效率、增加電力供應系統、持續推進技術更新是唯一的選擇，這在很大程度上推動了電力行業的發展。與此同時，電力需求量的增加也意味著電力行業經濟效益的提升，另外，也是變相推動了國家能源結構的改革及環保步伐的加快［3］。

2.2 電動汽車對于電力系統所產生的負載

電動汽車的動力供應方式是通過電力系統對汽車所配備的電池進行充電，從而獲得動能儲備，當汽車運行過程中，再將電池中儲備的電能釋放后轉化為動能，推動汽車前進，整個過程都需要在安全、穩定的電力供應前提下才能夠實現。因此，必須要對電動汽車對電力系統負載情況進行研究。對于電力系統而言，如果大量電動汽車在配電高峰時間段進行集中充電，那么勢必會對電力系統的負載造成一定的壓力和影響，形成電壓驟降的局面，無論是高壓還是低壓線路，都會出現超載運輸的情況，變壓器及電容也會因為載電量過大而導致不同程度的損耗，長此以往，對配電網正常運營產生嚴重的威脅和安全隱患，進而形成大范圍、大規模斷電的嚴重后果。按照一般規律，電動汽車作為一種家庭代步工具，其充電集中時間段通常在下班后，因此，下午6 點至8 點一般會是大部分家庭的充電時間。再結合當下電動汽車充電所需時長，那么集中用電高峰將會出現在9 點左右，而這個時間段恰好是傳統用電高峰，那么大量加入的充電設備對于配電網來說就要承擔著雙重的供電壓力，從而導致配電網超載運行，進而造成傳輸運載能力下降的后果［4］。

2.3 電動汽車充、放電時對電力系統產生的影響

電動汽車作為新技術，將在人們日常生活中扮演著越來越重要的角色，而其在電力系統中的地位也將更加突出和彰顯。然而，其特殊的能量消耗方式也讓人們不得不正視電動汽車對于電力系統的影響。有數據表明，很多國家的電動汽車所占用的電力系統負載已經占據電力負載總量的7%～10%，而且這個比重還有繼續提高的趨勢。因此，如果不能解決好電動汽車充放電時對供電系統所產生的負面影響的問題，那么不僅會阻礙電動汽車的進一步推廣，而且無法從根本上解決電力系統負載多大的問題，甚至會影響到國家節能減排政策的推進。因此，盡快制訂出科學合理的管理方案和改進措施是緩解電力系統壓力的唯一途徑［5-6］。

實際上，已經有研究表明，電動汽車的最佳充電時間段是在夜間。之所以得出這樣的結論，主要也是考慮到夜間供電系統運行的穩定性，既可以保障供電穩定性和效率，對于汽車電池也起到了較好的保護作用。但從供電系統的角度來說，配電系統過度損耗的情況也是存在的，從長遠角度來看，也將對整體的電力供應效率產生影響。此外，隨著電動汽車數量的增多，電池滲透率超過一定范圍時，將會導致電力系統的負載曲線發生偏移和改變，這種變化所引發的后果就是負載曲線改變率大的區域電力供應的效率降低。因此，要徹底解決電動汽車充放電時對電力系統產生不良影響問題，就要結合電動汽車實際駕駛數據及電動系統的運行情況，通過數據進行仿真模擬，進而獲得可靠的數據和結論。因此，總結來講，電動汽車充放電過程中對電力系統的影響會涉及電力供應的全過程，即電力配送、運輸和供電。傳統的電力輸送體系對于日常用電基本是可以滿足的，但供電線路并沒有更多的富裕，因此，面對電動汽車的用電需求，還需進行補充和完善，結合電動汽車使用現狀和未來發展趨勢，合理地規劃電力系統優化方案，實現供電電壓和效率的安全、穩定提升［7］。

3 降低電動汽車對電力系統影響的調度和控制策略

3.1 積極推進電動汽車分層調度策略

對于電動汽車的調度是實現電動汽車充放電最優化配置的手段，通過有效的調度，從而緩解當下電力系統負載壓力過大的局面，從而確保電力系統運行的穩定性，降低用電高峰時段電力供應的不穩定性，提升電力輸送的安全性和可靠性。傳統的電力汽車調度通常采取的是直接調度模式，這種調動方式的優勢在于調度形式直接、簡單，可以通過供電系統的調度部門直接完成，這個時期的集中用電時間段比較容易把控，用電高峰和低谷也相對固定，因此，整個調度過程相對容易。而在電動汽車大規模推廣后，無論是對電力供應總量的需求還是用電結構，都發生了改變，再延續直接調度模式顯然無法滿足電動汽車廣泛使用的當下。因此，積極推進分層調度策略是勢在必行的。分層調度的優勢在于能夠將電壓等級進行分層劃分，再結合地區用電量進行區域劃分，從而結合不同區域的實際用電需求建立獨自的配電機構。各自區域的配電機構負責本區域內電力調度問題，從而更有針對性地開展電力調度，實現電力輸送結構的最優化［8］。

3.2 推進電池租賃業務的推進和發展

當下，電動汽車之所以對電力系統造成一定的影響，問題主要集中在電動汽車充電時間隨意性強，無法對現有電動汽車的充電進行統一管理和要求。相對于家用電動汽車、電動公交等公共交通工具已經實現了充電集中管理，并且運行狀況良好，而考慮到短時期內，對于電動汽車的全面、系統化管理還難以有效開展。因此，探索電池更換、租賃業務，采取集中充電、統一管理的運營模式，以電池租賃的形式實現對電動汽車充電的統一管理，形成以租代充的管理模式。一方面，通過電池更換代替充電的形式，能夠實現對電動汽車充電時間的控制，可以集中在用電低谷時間段進行集中充電，從而緩解電力系統供電壓力；另一方面，也節約了電動汽車使用者的充電時間［9］。

3.3 建立分時階梯式電價

為了有效緩解用電高峰期集中充電的局面，降低電動汽車充電隨意性對電力系統造成的不良影響，引導電動汽車車主在用電低谷時充電，建立起分時階梯電價是十分必要的。針對電高峰和低谷設計階梯式的電價，降低車主高峰時期集中用電的可能性，盡可能地降低電動汽車集中充電對電力系統產生的影響［10］。

4 結語

綜上所述，電動汽車的發展不僅能夠推動汽車行業的發展，更對國家能源結構的優化、推動社會的發展及經濟效益的提升都起到了積極的促進作用。然而，隨著電動汽車數量的增多，對于傳統供電系統也產生了一定的影響。基于此，深入分析電動汽車對電力系統的影響因素，從而有針對性地制訂調度和控制策略推動電動汽車普及發展，以及提升電動系統運行穩定性的重要舉措。