区域电动汽车接入电网研究

钱晓伟+沈毅君

摘 要： 近几年，杭州倡导的“节能减排，绿色环保”成为杭州市发展的必选，根据统计到2016年6月底，杭州主城区的5006辆运营车中清洁能源和新能源车将达到4383辆、提升电动汽车数量，将会不断优化终端能源消费结构，增加全社会电能使用，不断拓展售电市场增长空间，实现社会与企业效益的双赢。

关键词： 电动汽车；接网

1. 引言

杭州市能源消费以原煤、原油和电力为主，随着经济的增长和产业结构的调整，能源消费总量及其增长速度呈现阶段化特征，原煤用量逐年下降，电力需求逐年上升，在发展经济的过程中，应明确能源清洁化发展目标，通过实施“两个替代”，转变能源利用方式。大力实施电能替代工程，积极引导全社会用能单位煤改电，油改电，促进节能减排，推动绿色、低碳发展。

“十三五”期间，我国将全面推进各个领域的电能替代，实现能源终端消费环节替代散烧煤、燃油消费约1.3亿吨标煤，带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9%，带动电能占终端能源消费比重提高约1.5%，促进电能消费比重达到约27%。预计可新增电量消费约4500亿千瓦时，减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物约30万吨、210万吨、70万吨。尤其是在交通运输领域，主要针对各类车辆、靠港船舶、机场桥载设备等，使用电能替代燃油。

根据杭州市政府对电动汽车发展的大力支持，预计杭州市2020年电动汽车共有5.805万辆，其中公交车1500辆，环卫车800辆，私人乘用车5.2万辆，物流车3750两，公务车2500两，出租车1250辆。

2. 公交集中充电站

2.1 负荷需求

公交纯电动汽车的快充为交流充电桩，车桩比按照1：1，每个充电桩按照80-100kW（实际充电时为60-70kW）设计。充电桩的供电可靠性要求无需低压联络，只须双路供电来自不同电源即可，发生“N-1”故障时通过转移公交车充电位置解决。

2.2设计容量

杭州主城区按最终5000辆均为纯电动汽车规划用电，总装机容量达到50万kVA报装容量。一个大型停保场基本上配置超过300个充电桩，报装容量接可达到3万kVA以上。近期544辆常规柴油公交车置换为纯电动汽车需要报装容量5.44万kVA左右。

2.3负荷特性

公交快充基本上在晚上22时以后到次日6时之间工作，并且很快达到用电高峰，负荷上升急剧，短时达到装机容量的50%以上，而其他时段负荷很小。这种负荷特性刚好与白天的商业、办公等负荷错开，可提高主变的利用率。大型停保场的充电桩可先考虑35kV及以上电源接入，减少对10kV供电质量的影响。

根据现有运行数据，一辆新能源公交大巴完成充电时间为3小时左右，一个晚上一个充电桩可以为2辆汽车充完电。为保证公交大巴的充电桩充电可靠性，充电桩集中场地至少两路10kV及以上电压供电，其低压不联络，每路供电的充电桩数量应相当，以保证新能源公交车次日均能完成充电。

2.4 接入方式

根据区域供电能力，按以下原则进行电源接入规划。

1）快充桩200个以内，宜采用10kV两回线路供电。

2）快充桩200个以上，600个以内（装机容量达到20000kVA-60000kVA），宜采用35kV两回线路供电，专变单台最大可用31500 kVA。电缆采用单芯电缆，截面可选185-400；单芯185电缆的控制负荷为21800kW；单芯400电缆的控制负荷为32100kW；

3）不建议充电桩600个以上，若有原则上采用110kV供电，或可考虑增加35kV电源至3回线路供电。

4）特殊供电区域，根据电源点分布，进行综合分析，两回线路可以采用不同主变供电的不同电压等级的电源供电。例如1回35kV，1回10kV。

3. 分布式充电站

小区电动汽车充电一般集中在晚上9点之后，与负荷高峰时间错开，可以起到削峰填谷左右，但停车场以及一些公交站点充电设备白天也存在使用的可能，与电网负荷高峰存在重叠的可能，负荷进一步增大，尤其是大型商场停车场，区域原有负荷密度较高，线路负载率较高，大量电动汽车充电设施负荷接入接入可能导致线路重载，因此对该类型新建区域应充分预留电动汽车接入负荷，现有区域应该考虑负荷分流方案。

对于分布式充电站负荷增长主要考虑在电力设施布局规划中为未来电动汽车的大面积推广预留容量：根据《杭州市推进新能源汽车充电基础设施建设实施办法（征求意见稿）》，新建住宅停车库充电桩电表箱、用电容量按10%的比例预留；其他建筑工程均按配建停车位数量10%的比例预留布线条件、电表箱位置和用电容量（慢充桩每个充电设施10kW，快充桩每个充电设施60kW）。最大负荷增量适当考虑在每个控规单元中按居民小区停车位慢充桩与商业用地停车位快充桩合理分配。

4. 电能质量影响

电动汽车接入对输电网的影响是间接的。随着大量电动汽车接入，导致用电负荷的增长，而充电负荷的时空不确定性将主要对输电网安全、经济运行以及输电网规划产生影响。电动汽车接入对电力系统的影响主要在配电网层面，电动汽车充电负荷较常规负荷具有时空随机性强的特点，给配电网运行带来了更多的不确定性。主要涉及配电网的电能质量、可靠性和经济运行等方面。

电动汽车的接入对配电网电能质量的主要影响包括电压下降，谐波污染和三相不平衡。其中电动汽车接入电网后对电力电子设备造成的谐波污染体现在以下4个方面：一是使测量仪表不准确；二是易损坏大容量电容器；三是加重的负荷使电力导线过热；四是使保护装置误报警。研究表明，电动汽车在深夜充电时，将成为造成电压畸变的主要设备，充电产生的谐波可能对变压器的寿命、电缆以及继电保护装置造成影响。在大量电动汽车接入情况下会带来三相不平衡问题，电动汽车充电负荷应在三相之间合理分配。

5. 结论

1）当线路负载率较低时，合理的電动汽车接入电网充电将会提高线路的运行效率，使线路经济运行；但是当电动汽车接入数量增加时，由于流经线路和变压器的电流增大，导致线路负载过重，线路的负载损耗增加，从而让线路从经济运行区域转变到非经济运行区域。

2）大量的电动汽车接入电网充电会影响线路的节点电压，尤其是末端节点电压会严重下降，影响用户的正常用电。

3）随着电动汽车接入数量的增加，无控制的电动汽车充电需求会对电网产生较大的负面影响，应当对其加以控制和引导。

参考文献

[1]胡荣等. 电动汽车快速充电站的负荷特性[J]. 上海电力学院报，2012年2月.