光储式电动汽车充电站入网电压偏差分析

徐明宇

(黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150030)

光储式电动汽车充电站(以下简称:光储充电站)作为一种新型微网，运行工况复杂多变，所以光储充电站接入电网前应按照相关规定，根据实际情况和相关参数进行电压偏差仿真计算，对其运行后可能对电网电能质量产生的影响进行分析评估，以采取相应措施，保证光储充电站入网后电力系统安全稳定运行。

1 仿真依据

1.1 光储充电站概况

本文以黑龙江省电力科学研究院光储充电站为研究对象。该光储充电站共选用3台并网逆变器，每台逆变器接入22块光储充电池，11块为一组进行串接，再和另外一组并在一起。3台并网逆变器共接入66块光储充电池，总功率为19.14 kW，逆变器输出侧接入380 V母线。该充电站设有一个容量为100 kW的直流充电机和一个容量为3.5 kW左右的交流充电桩，可以分别对直流电动汽车和交流电动汽车充电。

1.2 计算条件

1)计算水平年:2011年。

2)本次仿真计算所采用的电网相关设备参数，如变压器、线路、母线、负荷等，均是由黑龙江省电网相关部门提供。

1.3 仿真模型

本次仿真计算采用PSASP软件。PSASP是一款功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可以对电力系统进行稳态分析、故障分析以及机电暂态分析等各种分析计算。由PSASP软件搭建的光储充电站接入电网模型如图1所示。由于光储充电站和充电站的容量较小，因此，只需研究0.38 kV和10 kV系统即可，此模型只包含了0.38 kV和10 kV系统。

图1中横向粗实线表示母线，纵向细实线表示线路，箭头表示等效负荷，其它图示元件为变压器和光储充电站。

图1中光储充电站采用负荷模型，负荷的大小主要由充电机的容量决定。

图1 光储充电站接入系统模型

图1中光储充电站采用PSASP提供的光储充模型。此模型通过自定义导入PSASP程序后，只需输入光储充伏电站和光储充电池的相关参数，便可利用电网数据，模拟光储充电站接入电网，进行暂态、扰动等各种分析计算。

2 光储充电站入网电压偏差分析

由于光储充电站出力就地平衡，而充电站实质上是一个负荷，因此这里分为两个方面进行分析，即光储充电站单独入网和充电站单独入网。光储充电站单独入网时全站的出力最大，而充电站单独入网时全站的负荷最大。光储充电站或充电站的单独入网分析又要分为两种情况:系统大负荷及系统小负荷。

图2至图6中所显示的电压为实际值，单位为kV;潮流和等效负荷中所显示的有功功率和无功功率为标幺值，基准值分别为100 MW和100 MV·A。

2.1 光储充电站入网前潮流及稳态电压

系统大(小)负荷下光储充电站入网前的系统潮流分布及稳态电压如图2所示。

2.2 光储充电站入网后潮流及稳态电压

系统大(小)负荷下光储充电站入网后满出力时的系统潮流分布及稳态电压如图3所示。

2.3 充电站入网后潮流及稳态电压

系统大(小)负荷下充电站入网后满载时的系统潮流分布及稳态电压如图4所示。

2.4 仿真结果分析

这里主要对系统相应母线的电压偏差进行分析，电压偏差根据仿真所得到的母线稳态电压计算得出，具体公式为［1］

图2 光储充电站入网前系统潮流及稳态电压局部示意图

图3 光储充电站入网后满出力时系统潮流及稳态电压局部示意图

式中:ΔU为电压偏差;U为电压测量值;Uref为系统标称电压。

这里由于是根据仿真数据进行分析，所以电压测量值用的是仿真所得到的母线稳态电压值。

图4 充电站入网后满载时系统潮流及稳态电压局部示意图

2.4.1 光储充电站入网前后电压偏差分析

由于光储充电站的容量很小，因此，只分析光储充电站满出力时0.38 kV和10 kV母线电压偏差情况。

在系统大负荷的情况下，光储充电站入网前后相关母线电压偏差情况如表1所示。

表1 系统大负荷下光储充电站入网前后相关母线电压偏差情况 %

表2 系统小负荷下光储充电站入网前后相关母线电压偏差情况 %

从仿真结果看，无论系统是大负荷还是小负荷运行情况，由于光储充电站的接入，改变了系统潮流，因此，黑电科院0.38 kV母线、黑电科院10 kV母线、黑珠江10 kV母线的电压稍有上升。但由于光储充电站出力太小，因此，电压变化非常小，均保持在正常运行范围内，三条母线的电压偏差也均符合GB/T 12325－2008《电能质量 供电电压偏差》相关规定(20 kV及以下三相供电电压偏差限值为标称电压的±7%)［1］。由此可见光储充电站投运后，不会对电网的稳态电压产生影响。

2.4.2 充电站入网前后电压偏差分析

由于充电站的容量较小，是一个小型的充电站，因此，只分析充电站满载时0.38 kV和10 kV母线稳态电压波动情况。

在系统大负荷的情况下，充电站入网前后相关母线电压偏差情况如表3所示。

表3 系统大负荷下充电站入网前后相关母线电压偏差情况 %

表4 系统小负荷下充电站入网前后相关母线电压偏差情况 %

从仿真结果看，无论系统是大负荷运行还是小负荷运行，由于充电站的负荷相对电科院的整体负荷所占比重较大，因此，当充电站满载工作时，黑电科院0.38 kV母线、黑电科院10 kV母线、黑珠江10 kV母线的电压都有所下降，尤其以黑电科院0.38 kV母线电压下降为最大，降幅达到1 V左右。但从整体上看，三条母线的电压仍然保持在正常运行范围内，母线电压偏差均符合GB/T 12325－2008《电能质量 供电电压偏差》相关规定。由此可见，当充电站正常工作运行时，不会对电网的稳态电压产生较大影响。

2.5 光储充电站入网后实际电压偏差

本节的图5至图7是在系统处于大负荷时录取，录波时黑电科院0.38 kV母线所带负载的容量要比大负荷仿真时所用的负载模型要大些。

光储充电站入网前黑电科院0.38 kV母线A相电压如图5所示。其电压正偏差为0，电压负偏差(95%概率值)为3.44%。

图5 光储式充电站入网前A相稳态电压示意图

光储充电站入网后平均60%出力下黑电科院0.38 kV母线A相电压如图6所示。其电压正偏差(95%概率值)为0.32%，电压负偏差(95%概率值)为2.72%。

图6 光储充电站入网后A相稳态电压示意图

充电站入网后充电电流为55 A下黑电科院0.38 kV母线A相电压如图7所示。其电压正偏差为0，电压负偏差(95%概率值)为3.08%。

图7 充电站入网后A相稳态电压示意图

当充电电流到120 A时，经测取黑电科院0.38 kV母线A相电压已经降到210 V左右，最大电压负偏差达到4.55%。

从测取结果看，实际测取的数据与仿真数据整体趋势基本一致，光储充电站的接入能够稍微提高0.38 kV母线的电压，而充电站的接入能使0.38 kV母线的电压下降较大，但由于实际录波时系统的工况与仿真所设定的工况有所差异，并且0.38 kV母线所带负载的容量要比仿真时所用的负载模型要大，因此，实际的母线电压偏差要比仿真所得到的母线电压偏差稍大些，但误差不大。从整体上看，实际测取的0.38 kV母线电压偏差仍然符合GB/T 12325－2008《电能质量供电电压偏差》相关规定。

需要注意的是:当光储充电站和充电站都不接入时，0.38 kV母线电压负偏差本身就较大，而当充电站大负荷接入时，0.38 kV母线电压最大负偏差较为接近限定值，所以应该采取相应措施，提前预防电压偏差进一步扩大。

从仿真数据及实测数据看，电压负偏差大主要是由于系统尤其是黑电科院0.38 kV母线无功功率缺额引起的，因此，需要在0.38 kV母线加装无功补偿装置，增加系统无功功率。

2.6 光储充电站及充电站的无功补偿

作为一个小型的光储式充电站，无功补偿采用电容器即可，简单实用，投资较少。如果想实现无功补偿的同时还要改善系统的电能质量，可以采用具备无功补偿功能的有源滤波装置。

大中型光储充电站内的汇集系统、主变及送出线路等设备吸收无功功率，而且电站还要具备一定的低电压穿越能力，所以大中型光储充电站需要配置无功电压控制系统，使其具备无功功率和电压的控制能力，具体的无功补偿容量国家电网公司企业标准Q/GDW 617－2011《光储充电站接入电网技术规定》有相应说明［2］。

大中型充电站由于系统构成庞杂，充电机、变压器等吸收无功功率的设备较多，所以要进行相应的无功补偿，以使充电站的功率因数达到0.9以上。

为实现大中型光储充电站、充电站无功功率快速连续的自动平滑调节，同时改善系统的电能质量，建议采用性能较优的SVG。

3 结束语

随着国内光储充发电系统以及电动汽车充电站的大规模推广，电网的安全稳定运行将面临着巨大挑战。在这种形势下，光储充电站入网未来还需要在许多方面进行深入研究。希望本文所研究的成果及相关实验数据对今后国内外光储充电站的建设和运行起到参考和借鉴作用，同时为其它类型的微网系统提供科学的设计思路和合理的研究方法。

［1］GB/T 12325－2008，电能质量 供电电压偏差［S］.

［2］Q/GDW 617－2011，光储充电站接入电网技术规定［S］.