电动汽车充换电设施接入对配电网的影响

摘 要：未来电动汽车（plug-inelectricvehicle,PEV）的大规模接入,将会成为汽车产业发展的新方向,并对配电网产生巨大的影响.本文分析了规模充电设施接入对城市配电网的影响,提出通过有序充电引导、制定有效机制、合理优化充电站布局和引入新能源等措施,规范充换电设施接入,满足电动汽车充换电能的需求.

关 键 词：电动汽车充换电设施接入电网技术规范

温室气体的过度排放,导致全球气候变暖趋势加剧,电动汽车以其节能和环保的优点,受到广泛关注.全球各个国家都把电动汽车的发展放到重要的战略地位,投入大量的科研资源进行产业化研究和前瞻性研究.本文以支持新能源产业发展为指导思想,以满足电动汽车充电需求为基本目标,分析了电动汽车充换电设施对配电网的影响,并提出了有效的优化措施,旨在降低大规模充电设施接入对配电网的影响,并利用电动汽车负荷的特点改善电网负荷特性.

一、电动汽车大规模接入对电网的影响

2013年,电动汽车进入全球化的快速发展时期,美国当年销量达到9.6万辆,法国、挪威、德国等西欧国家销量约为7.4万辆,我国销量达到1.8万辆.电动汽车的快速发展已经成为不争的事实,新一轮的全球关注再次被引发,加之雾霾污染、油气紧缺等环境能源问题的刺激,电动汽车发展势头更加迅猛.为了满足电动汽车快速发展情况下的充电需求,迫切需要加快充换电设施的布局和建设,满足不同用户的多样化充电需求.目前,电动汽车充换电方式包括：换电、慢充和快充三种.其对配电网所产生的影响主要表现在以下四个方面：

1）负荷的增长.电动汽车充电将导致负荷增长,若大量电动汽车集中在负荷高峰期充电,将进一步加剧电网负荷峰谷差,加重电力系统的负担.2）电网运行优化控制难度的增加.电动汽车用户用车行为和充电时间与空间分布的不确定性,使得电动汽车充电负荷具有较大的随机性,这将加大电网控制的难度.3）影响电能质量.电动汽车充电负荷属于非线性负荷,所使用的电力电子设备将产生一定的谐波,有可能引起电能质量问题.4）对配电网规划提出新的要求.在配电网中增加众多充电设施以及大量电动汽车充电,将改变配电网负荷结构和特性,传统的配电网规划准则可能无法适用于电动汽车充电设施大规模接入的情景.

二、对影响的应对措施

1.商用车有序充电引导

通过对站内电池的有序充电引导,降低商用车的充电成本,实现充换电站的经济运行,改善负荷特性.可以通过智能优化算法,在保证充电站正常运营的前提下,对充电站内电池组的开始充电时间进行合理的安排,尽量把电池组移到晚上谷段充电.在电动汽车大规模发展起来后,不仅能降低充电电费,还能减少高峰时充电站给电网带来的负荷压力,同时对夜间低谷阶段的负荷进行补充,起到移峰填谷的作用.用某一充电站的发车规则表,对充电站的两种运营模式进行仿真,有序充电引导前后的日负荷情况如下图所示.图中考虑夜间充电的原因,把从早上7点到第2天早上7点（31点）算作一天.

其他仿真对比结果如下表所示,白天最大负荷是指从早上7点到晚上23点之间的最大负荷值.全天充电电量则是充电功率从早上7点到第2天7点24h内对时间求积分得到,也就是两条负荷曲线对时间轴的面积积分.全天充电电费是结合该充电站现行的10kV一般工商业非普电价及时段划分,不同时段的电价乘以相应的充电电量即可得到全天的充电电费.

从仿真结果可以发现,经过优化后的运营方式相比现行的即换即充模式,充电站全天的电费降低了54.7%,白天最大充电负荷也降低了46.2%,优化效果明显.由于夜间是为了尽早结束充电任务,电池的投入速度达到了快换工位允许的最大速度,出现了最大负荷较大的情况,但是出现在夜间低谷阶段,反而弥补了电网的低谷,有助于配电网的经济运行.

2.改善电能质量和电网运行经济性

文献[2]的研究结果表明,有序充电可改善电网的节点电压水平,并降低网络损耗.文献[3]基于已有配电网络和常规用电约束,优化电动汽车大规模接入情况下的充电功率,使之能最大限度地利用已有配电网,提高配网运行的经济性.文献[1]以网损和充电成本最小为目标,基于网损灵敏度选择优先充电的电动汽车,提出了电动汽车实时有序充电控制策略,该策略可有效降低配电网的网损,并改善配电网的节点电压波形.

3.满足电动汽车双向互动要求

标准第4.5条规定,当充换电设施具有与电网双向交换电能的功能时,应符合Q/GDW1738《配电网规划设计技术导则》关于电源接入的相关标准要求.随着电池的降低和循环寿命的延长,动力电池可以作为分布式储能单元向电网输送电能,发挥削峰填谷的调节作用[1-3].当电动汽车反向送电时,应遵循以下原则：1）应对充换电设施接入的配电线路载流量、变压器容量进行校核,并对接入的母线、线路、开关等进行短路电流和热稳定校核.2）在满足供电安全的条件下,接入单条线路的送电总容量不应超过线路的允许容量；接入本级配电网的送电总容量不应超过上一级变压器的额定容量以及上一级线路的允许容量.3）具有双向交换电能的充换电设施接入后,配电线路的短路电流不应超过该电压等级的短路电流限定值,否则应重新选择接入点.4）具有双向交换电能充换电设施接入点应安装易操作、可闭锁、具有明显开断点、带接地功能、可开断故障电流的开断设备.5）具有向电网输送电能的充换电设施,其向电网注入的直流分量不应超过其交流定值的0.5%.

结语：

综上所述,电动汽车充电设施的合理部署是电动汽车的大规模接入电网得以实现的基本保障.既要考虑不同电动汽车类型的使用和充电需求,还应考虑接入电网的成本,并与电网规划相协调.必须从指导思想和技术方面着手,才能为指导充换电设施接入配套电网的规划设计和运行管理提供重要依据.进而降低用户的电费成本,改善负荷特性,维护配电网的安全性与稳定性.