电动汽车充电对电网的影响

王景震 梁致珊

【摘 要】 在国内外，电动汽车的应用将成为实现节能减排的必经之路。其大规模的入网充电对电网产生不可忽略的影响，而配电网作为其接入端，影响是直接性的，威胁配电网的安全稳定运行，恶化用户的电能质量。随着电动汽车的推广普及，用户充电时间和空间上的随机性将增加电网运行的不确定影响因素。本文在对我国电动汽车设施及其发展趋势进行分析的基础上，研究了电动汽车充电对电网的影响。

【关键词】 电动汽车  充电  电网  发展  影响

世界各国政府和人民越来越重视智能电网技术的发展，智能电网中一个重要组成部分就是电动汽车，其往往具有较为广阔的发展前景。当前，汽车企业在金融危机后正进入全面的能源转型期，全世界都已经认识到大力发展汽车产业的潜力。可以预计，电动汽车的广泛普及在未来城市中必不可少，通过大规模电动汽车充电站的运营能有效满足推进低碳经济、发展清洁环保型电力能源的需求。

1 电动汽车发展趋势预测

（1）电动汽车将快速导入市场，2020-2030年将初具规模近期，专家预测2014年将是电动汽车快速导入的一年，全球电动汽车市场也将发生较大变革。根据咨询机构IHS Automotive发布的最新研究报告，2014年全球电动汽车产量增长67%，至40.3万辆，增幅较2013年的44%进一步上升。

（2）完全依靠补贴和政府投入在公共系统的推广都是不可持续的，必须找到在私人领域推广电动汽车的突破口，这就需要提高电动汽车的续驶里程和使用便利性，同时降低购车成本。电动汽车车身轻量化技术的进步、电池能量密度的提高以及充电设施与其他公用设施的结合和完善，使电动汽车的认知程度不断提高，逐渐被车主接受，甚至2014年在北京出现了申购新能源汽车不得不采取摇号的方式。

2 电动汽车充电对电网的影响因素

电动汽车充电对电网的影响因素主要有电动汽车的普及程度、电动汽车的类型、电动汽车的充电方式以及电动汽车的起始充电时间。

2.1 电动汽车的普及程度

电动汽车的普及程度不同对电网的影响大小也不同。电动汽车数量较少，对电网的影响非常小，而当数量较大时，其对电网的影响将不容忽视。

2.2 电动汽车的类型

本文指的电动汽车的类型主要是不同用途的汽车。不同类型电动汽车的充电电路和充电时间是不一样的。充电所需时间越长，其对电网造成产生的影响越大。

2.3 电动汽车的充电方式

目前，电动汽车充电方式主要分整车充电模式和更换电池模式，不同的充电方式可以应用于不同类型的汽车，如更换电池模式适合在公交公司、出租车公司使用，而对于私家车，可以选择在夜间电价便宜时对汽车慢速充电。

2.4 电动汽车的起始充电时间

不同的起始充电时间对电网的影响差异很大，如果在峰荷时间进行充电将加重电网负担，影响电网的安全运行; 但如果在负荷低谷时段进行充电将会增加低谷负荷，起到“填谷”效果，对电网的运行有利。

3 电动汽车充电对电网的影响分析

3.1 电动汽车充电对电网负荷供给与平衡的影响

电动汽车分整车充电和更换电池充电，充（换）电站中电池的充电时间控制相对灵活，可以在用电低谷时段集中对电池进行充电，有效调节电网负荷峰谷差。

作为可移动的分布式储能单元，电动汽车可以与其他可再生能源（如风能和光伏发电）相互配合，协调电力系统的日负荷特性曲线。电动汽车接入配电网，可以给电力系统调度提供更多的可控制负荷，改变接入点的日负荷曲线，减小峰谷差，起到一定的削峰填谷的作用。具体的调节效果，由变电站负荷功率及负荷特性所决定。若地区日负荷特性曲线为典型曲线，即具有高峰低谷，而且负荷特性曲线变化平滑，则电动汽车接入后的调节效果显著。

将来随着电动汽车产销量的不断增加，电动汽车对配电网的日负荷特性的影响也将逐渐增大。如果电动汽车充电负荷控制协调合理，可以提高电力系统发电厂和电网设备的利用率，提高经济效益。但如果电动汽车无序充电，负荷控制协调不好，配电网可能产生“峰上加峰”的现象，使得电力系统调峰雪上加霜，大大增加配电网规划和建设的压力，影响发电厂和输配电网的运行效率，并将导致电力系统负荷高峰时电力不足，负荷低谷时发电厂出力和电网供电能力过剩的矛盾越发突出。

3.2 电动汽车入网充电对电能质量的影响

谐波污染则是电动汽车充电机配电网的电能质量的主要影响方面。对于连接城市电网运行的电动汽车充电站连接来说，配电网必然受到其产生的谐波污染的影响，这种不利影响主要表现在以下几个方面;一是，对于电能表来说，造成用户支出电费增加，这是因为计费时的电能表则会把谐波作为有功功率;二是，对于变压器来说，变压器的铜耗以及杂散损耗会因为谐波电流而增加，铁耗则因为谐波电压而增加，变压器的噪声增大也是由于谐波注入影响;三是，对于输电线路来说，使得线路损耗和发热量增加;四是，对于电设备来说，计算机等电视设备在谐波较高的影响下而会产生误动作，造成出现不正常的运行状态;五是，对于补偿电容器组来说，电容器的寿命也受到注入的谐波电流的影响，这是因为其能造成电容器的电压和发热量升高，大大缩短其实用寿命;六是，对于继电保护装置来说，在谐波电流的影响下，某些继电保护装置是由序分量过滤器组成，容易受到谐波电流的干扰，而不能正常工作。

在电力系统中，产生谐波并进行传播，这是系统中的公害，则会对于电网电能质量带来极大问题，严重干扰到各种电力设备的正常运行，应该采取一定有效措施。

3.3 电动汽车充电对电网经济性的影响

在对电网经济性的影响研究主要集中在变压器的损耗，电网线损和额外的电力系统设备投资上。电动汽车充电时对变压器的影响，在低渗透率下，影响可以忽略不计，但越来越多的电动汽车数量将会增加变压器的损耗。国外学者以洛杉矶和佛蒙特两个地方的电网系统作为算例，研究了电动汽车充电行为对15kVA和25kVA的配电变压器的影响，实验结果显示一定数量的电动车充电会使配电变压器大幅老化，使用寿命缩短。

3.4 电动汽车充电对电网规划的影响

智能充电操作在配电网侧能显著平抑电网负荷、频率波动，降低电网峰谷差，提高电网负荷率，降低电网备用发电容量需求，显著改变电网运行方式，因此，需要在电网规划中考虑相关影响。

3.5 电动汽车充电对电网交易模式的影响

随着分时电价的实施，电动汽车将采取不同的控制方式在不同时段从电网获取电能补给，因此电网与电动汽车交易模式将由简单变复杂，需要更加先进的电力市场来支撑。

4 有序充电控制策略

基于电动汽车充电负荷预测和充电负荷对电网的影响制定有序充电控制策略。通过制定不同层级、不同区域的有序控制策略，同时应用合适的激励策略，形成整体有序控制策略。

4.1 分区有序充电控制

充电基础设施在车辆种类和服务范围上可能会有交叉。因此在制定有序控制策略时，应考虑相互之间的配合，做到既能够覆盖所有电动汽车运行范围，又能够在相互重叠区域提供经济的电力供应。

4.2 电动汽车充电的激励策略

私人是未来电动汽车的主要用户，充电行为规律相对随机，是最需要进行引导的群体。因此，通过基于需求侧响应的基本方法和理论，结合电动汽车需求特性，研究引导和激励私人电动汽车用户参与有序充电的服务价格体系建立，为各层级多目标协调控制策略的实施提供手段。

4.3 分层级多目标协调策略

（1）电网级有序充电控制策略。在电网规划与运行上对电动汽车充电负荷进行管理与监控，针对不同区域电网中并网充电负荷的变化做出相应的应急预案与应对措施等。通过通信信道将控制信息反馈至各个充电设施，与其他层级形成控制呼应。同时，在电网规划时，加强电动汽车充电造成的电网薄弱环节。（2）站级充电服务单元有序充电控制策略。站级充电服务单元位于各个控制区域的综合控制中心或变电站内，负责对充电桩进行实时监控与管理。该服务单元的有序充电控制策略是对管理区域内的充电桩进行综合协调，是实现有序充电控制最重要的一层。（3）有序充电引导策略。有序充电引导策略是指对用户充电行为提供的实用化引导的方法。例如通过车辆导航对有充电需求的车辆提供导航服务，引导其进入充换电服务点，或者通过短信通知给私人电动汽车用户发送信息，引导充电时间、避开高峰充电。

5 结语

目前，我国电动汽车产业步入快速发展期，大量电动汽车的充电行为将给电网带来较大影响，而电动汽车的储能特性也将为电力系统的安全经济运行提供新的机遇。电动汽车充电对电网的影响受电动汽车商业发展模式的影响巨大，当前仍存在较大的不确定性;从负荷平衡的角度来看，电动汽车使用和充电的时间特性具有削峰填谷的功能，因此对输电网影响不大，而电动汽车充电的群聚效应对配网局部将产生较大的影响，这方面仍有待深入研究。另一方面，当前我国充电设施建设如火如荼，但相应的充电站布点和容量规划缺乏成熟的理论和方法。

参考文献：

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