电动汽车充电负荷对配电系统影响与优化策略分析

2017-05-06王立君

中国高新技术企业 2017年4期

摘要：现阶段，生态环境污染情况严重，与此同时，全球气候也出现了较大的变化。在此背景下，因电动汽车本身的污染不严重且具备低碳排放的相关特点，所以被更多消费者所认可。文章对电动汽车充电负荷对配电系统的影响与优化策略进行了分析。

关键词：电动汽车；充电负荷；配电系统；优化策略；生态环境文献标识码：A

中图分类号：TM743 文章编号：1009-2374（2017）04-0023-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.012

于电动汽车而言，其全部亦或是部分都依靠电动机来驱动，同时与道路交通安全法规相吻合，所以被广泛使用。另外，电动汽车本身的环保低碳性能明显、噪音不大，因而成为替代内燃机汽车几率最大的一种新能源汽车。电动汽车在最近几年中的发展速度极快，然而其实际发展的时间很长。1881年，法国巴黎出现第一辆电动汽车，随后，电动汽车被应用在日常生活当中。而在科学技术进步的作用下，燃油使用成本下降，能够行驶更长里程，且在燃料补充方面十分便利，將电动汽车取代。自能源危机爆发以来，人们更关注能源供需的平衡性以及安全性，同样，对于生态环境保护的问题也更加关注。在这一背景下，电动汽车的应用再次被提上日程。

1 电动汽车充电负荷对于配电网系统的相关影响

1.1 充电负荷对网损影响

当电动汽车接入到配电网系统中以后，系统负荷水平会随之提升，所以从一定程度上影响了系统网络的损耗，其中网损率就是一天当中系统线路损耗电能与网络输送总电能的比值。

在实践检验过程中发现，不管是冬季亦或是夏季，在渗透率提高的背景下，也就是当接入配电网系统中的电动汽车数量增加的情况下，实际的网损率也会随之提高，但是增加幅度是有限的。究其原因，即便接入到配电系统中的电动汽车数量大量增加，但电动汽车的充电时间不集中，所以会降低充电负荷对于网损产生的影响。另外，数量相同的电动汽车，如果接入配电系统的季节不同，那么对于电网网损率产生的影响也同样存在差异。若电动汽车的渗透率是20%，那么冬季充电的网损率就要高于夏季网损率的0.33%，而对于其他渗透率，冬季的网损几率要同样不低于夏季的网损率。究其原因，由于冬季期间系统基本负荷要高于夏季，所以，当充电负荷接入以后，使得系统的网速率随之提高。

由此可见，对于配电网网损率产生影响的主要因素就是电动汽车数量以及系统的基本负荷曲线。与此同时，随着电动汽车数量的增加，系统实际网损率也会更高，当接入电动汽车以后，基本负荷水平与网损率之间呈现出正比例关系。

1.2 充电负荷对系统峰谷差影响

通过多种不同场景之下的千次仿真，将配电系统负荷峰谷差的平均值总结成表1。当电动汽车接入到配电系统中以后，系统本身负荷峰谷出现了明显的增长趋势，而实际增长幅度与季节、车辆的渗透率之间存在一定的联系。具体表现在，渗透率的增加会使得峰谷差随之增加，而冬季期间峰谷差要大于夏季。当冬夏两季系统基本负荷曲线将充电负荷叠加以后，使得系统最大负荷出现明显的增加。通常情况下，系统基本负荷的最小值会在凌晨3点出现，而充电负荷会小于系统负荷最大情况下的充电负荷。为此，在电动汽车接入到系统中以后，其峰谷差要比之前增加。如果车辆的渗透率增加，那么系统在最大与最小负荷的状态下，充电负荷的差会变得更大，导致系统峰谷差更大。而在冬季阶段，系统基本负荷峰谷差要高于夏季，当电动汽车接入到配电系统中以后，系统在冬季期间的最大负荷状态下的充电负荷要高于夏季期间最大负荷状态下的充电负荷。但是，季节不同，配电系统最小负荷状态下的充电负荷也存在明显的差异，而在渗透率相同的情况下，冬季峰谷要高于夏季。

表1 不同场景系统负荷的峰谷差

2 全面优化电动汽车充电负荷对配电系统产生影响的策略

分时电价把一天之内各时间段进行了划分，主要包括峰时段与谷时段，而时段不同，其电能销售的价格也不同。其中，为用户传递了负荷水平不同的发电侧供电成本，与此同时，还能够有效地转移高电价峰时段的电能消耗，有效地实现削峰填谷的目的，进而缩小负荷的峰谷差值。但是，电动汽车的用户对于完成充电时的电池电量，却忽视了开始充电的时间，所以同样可以灵活应用分时电价来对充电负荷分布时间进行适当地调节，有效地规避充电负荷和基本负荷叠加以后所出现的峰上加峰的情况。与其他优化方式相比，分时电价对于电动汽车充电的方式更简单，具有一定的可行性，且操作性明显。

2.1 以系统峰谷差最小为基础的分时电价时段划分

通过上述研究与分析发现，在电动汽车接入到配电网中以后，系统本身峰谷差会增加，所以如果峰谷差较大，会给电网运行的稳定性与经济性带来不利的影响。为此，要想确保负荷高峰电力需求，关键是要提高发电容量。特别是在谷荷时段，很容易引发发电设备的停运问题，严重影响了设备的利用率。

2.1.1 目标函数。当电动汽车接入到配电系统以后，将目标函数确定成系统负荷峰谷差最小。

2.1.2 寻优算法的具体程序。将一个小时当作最小时间间隔，所以可以划分的时段种类很少，因此，对穷举法进行应用来计算，进而找出有可能的分时电价时段系统峰谷差，随后在其中选择最小峰谷差时段来划分方案。

第一，启动T1完成初始化，同时使T1=1，并将其作为谷时段开始的时间。

第二，启动T2完成初始化，同时使T2=1，并将其作为谷时段结束的时间。

第三，对T1、T2时间段的充电负荷进行计算。

第四，叠加充电负荷和系统的基本负荷，获取此时段的系统负荷。

第五，对T1、T2时间段的系统峰谷差。

第六，对T2遍及全部时刻进行判断，若肯定则进行下一步操作，若否定需要对T2进行更新，并返回至第三步。

第七，对T1遍及全部时刻进行判断，若肯定则进行下一步操作，若否定需要对T2进行更新，并返回至第二步。

第八，在全部峰谷差的计算结果当中选择出最小峰谷差所对应的时段。

2.1.3 对算例的详细阐述

当系统基本最大负荷数值是3715千瓦，且系统容量是4953千瓦，与此同时，电动汽车的渗透率是30%。通过以上方法所获得的系统最小峰谷差时段是T1=22，T2=6。

情景一：将分时电价谷时段的开始时间是22点，而结束的时间是6点，同时，电动汽车的渗透率是30%。

情景二：电动汽车的渗透率是30%，同时，不采用分时电价。

情景三：不存在电动汽车接入配电系统的情况。

在应用第一种情景的情况下，也就是应用分时电价方案以后，电动汽车的充电负荷对于系统的最大负荷影响几乎不存在，而对于最小负荷在不采用分时电价调节的情况下，呈现出增长趋势，一定程度上降低了系统负荷的峰谷差。当优化以后，对充电负荷时间分布予以适当调节，在电动汽车接入到配网系统中以后，与接入之前对比，系统峰谷差有所下降，促进了系统运行的经济与稳定，因而，对时段划分的合理运用，能够有效地减少充电负荷对于配电网的负面作用，而且可以对系统运行的状况予以全面完善。

2.2 以日负荷曲线波动最小为基础的分时电价时段划分

2.2.1 目标函数。通过一天之间的系统负荷标准差当作系统负荷波动状态的衡量指标，如果标准差降低，那么系统的负荷波动也会随之降低。

2.2.2 寻优算法的具体程序。同样运用穷举法，方式与以系统峰谷差最小为基础的分时电价时段划分相同，仅仅是将对象换成日负荷曲线。具体流程如图3所示：

图3 选优算法流程图

2.2.3 对算例的详细阐述。电动汽车与配电系统条件与上文相同，通过计算，将T1=22，T2=5，在这一时间段内，系统负荷波动是最小的。

情景一：开始时间是22时，结束时间是5时，且电动汽车渗透率是30%。

情景二：电动汽车的渗透率是30%，采用到家即充电的方式。

情景三：不存在电动汽车接入配电系统的情况。

通过检验结果可以发现，场景一平均负荷相对较高，而其整体负荷水平高于第三个场景，与平均负荷最为接近，所以第一个场景负荷曲线的标准差小于第三个场景。由此可见，通过采用合理的时段划分方案，也就是分时电价方案，能够对充电负荷的时间分布进行适当地调节，缓解系统负荷波动的状况，规避了对于电网产生的负面影响。

3 结语

综上所述，现阶段，各国政府与企业都开始致力于开发并应用电动汽车技术，并在该领域中投入大量资金。基于此，电力汽车技术与运营模式随之成熟，并进入到了规模化的应用阶段。针对电动汽车接入配电系统中，其充电负荷带来的负面影响，采取分时电价的方式予以优化，效果显著。

参考文献