规模化电动汽车充电对电力系统的影响

霍红娜

摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。电动汽车由于具有直接排放污染少、有利于消纳新能源等优点，受到各国政府、工业界以及科研机构的关注，未来将获得大规模推广与应用。电动汽车规模化应用将会产生巨大的充电设施基础建设需求，充电负荷的快速增加也将给电网带来新的挑战。本文就规模化电动汽车充电对电力系统的影响展开探讨。

关键词：规模化;电动汽车;充电;电力系统;影响

引言：规模化电动汽车充电对电力系统的影响，主要体现在用电平衡、电能质量及谐波这几方面。提出了降低电动汽车对电力系统影响的应对措施：加强对电动汽车充放电技术的研究，采用电池租赁的运营模式，建立分时充电电价，有效干预谐波现象。可以借助直流电或蓄电池的电力进行充电，这种充电方式不仅耗费成本小，还不会对环境造成太大污染，经济实惠与环保效益兼得。

1规模化电动汽车有序充电的概述

电动汽车是以电能为驱动能源的，而电能有着高效、清洁、无污染等特点，电动汽车规模化发展已成为社会发展的必然，是一种趋势。电动汽车有序充电则指的是在满足电动汽车用户充电基本需求的前提下，通过有效地方法，直接或间接的控制电动汽车充电时间和充电功率，进而避免电网高峰，减少电网运行负荷，其最终目的就是保重电动汽车和电网双方的协调发展。在当前社会发展形势下，电动汽车越来越普遍了，电动汽车的发展有效地推动了我国社会经济的增长。然而，电作为电动汽车的驱动能源，面对这个快速发展的社会，很容易出现无序充电行为，一旦电动汽车出现无序充电行为，势必就会增加电网运行付费，尤其是碰到电网高峰时期，对电网运行安全造成威胁。为此，为了保证电网正常运行，满足电动汽车用户的需求，针对电动汽车充电行为，必须采取有效的措施确保电动汽车有序充电。

2规模化电动汽车充电对电力系统的影响

2.1影响电力的用电平衡

电网存在地域性的分配限制，当电动汽车进行大规模充电时，就会对配电网造成很大的用电负荷，从而影响配电系统的稳定性。在大量汽车集中式充电时，必须要重视电网的用电稳定性和平衡问题。针对这一现象，可以统一协调电动汽车充电问题，要对需要充电的电动汽车数量采取一定的干预措施，以免出现变压器负荷过载、线路故障等问题，确保配电网运行的稳定性和可靠性。

2.2电压下降

大量实测数据表明，随着电动汽车渗透率的不断增加，若对充电行为不加控制，电动汽车充电日负荷曲线将与配电网日负荷曲线基本一致，造成配电网负荷峰峰叠加，增加线路损耗，可能引起配电网电压短时间大幅度下降。国外很多学者通过建模和仿真研究了规模化电动汽车接入居民小区配电网引起的电压下降问题。仿真结果表明，在不控充电模式下，当电动汽车渗透率达到12%时，配电网电压偏移开始超过10%，50%渗透率时的电压偏移达到14%;当配电网中接入快速充电负荷时，配电网电压下降程度更加严重，50%渗透率时的电压偏移达到21%。

2.3影响电能质量

当电压过低时，电网的有功功率和无功功率都会变大，从而加大成本。当充电桩接入配电网时，要使电动汽车有序充电，特别是在高峰期时，更要避免大量汽车同时充电，否则会给电力系统造成很大负担，会使片区配电网超负荷运载，严重影响用户用电质量和稳定性。由于每个用户用车的随机性太强，所以充电时间没办法统一，这也是造成用电负荷不确定性的主要因素。如果很多电动汽车同时接入电网充电，就很容易超过电网的最大负荷，电网峰谷差率一旦加大，就会导致电网运行的效率低下、发电成本过高、区域用电紧张、配电设施负担过重、配电网运行和管理难度增加。

3降低对电力系统影响的应对措施

3.1电动汽车协调充电优化模型

电动汽车充电负荷具有一定的可控性，通过合理调控，不仅能够避免新的负荷峰值，而且能够平滑负荷曲线;通过合理调节充电时间和充电功率，对电动汽车负荷进行控制，为高效地满足电动汽车充电需求提供控制手段。

3.2加大智能电网技术的应用

智能电网技术作为一种有效的有序充电控制方法到，利用智能电网技术，电网可对电动汽车充电进行管理，一方面可以有效地避免电动汽车对电网运行的影响，另一方面还可以利用电动汽车的灵活性，提高电网的运行效率。在智能电网控制电动汽车充电过程中，通过智能技术，可以全面分析电动汽车与电网的双向能量转换（V2G）后的所需的电能，提高电网的稳定性和经济性。

3.3有序充电控制策略

为了抑制或消除电动汽车充电的负面影响，采用一定的充电控制策略使某些指标趋于最优，即有序充电。有序充电的控制策略是围绕避免过负荷、减少功率损失和抑制电压波动等方面展开，其本质是在不增加配电网容量的基础上，协调充电时间，平抑峰谷差，改善电压质量，以满足大量电动汽车的充电需求。

3.4有效干预谐波现象

（1）严格执行国家规定的有关谐波的各项标准，从源头上对谐波水平进行干预和控制。（2）在导致谐波的诸多因素中，换流装置是其主要因素之一。加大换流装置的相数，将脉动数从6增加到12，以降低谐波电流有效值。（3）通过优化无功补偿装置来增强配电网对谐波的承受能力。（4）增设滤波装置，通过就地治理的手段直接在充电站开展治理谐波工作。未来，在充电站中建设绿色充电机或许会成为一种发展趋势，这种案例也会越来越多。借助绿色充电机能帮助电动汽车在充电的同时抑制谐波的产生。以武汉某电动汽车运营公司为例，该公司建设了绿色充电系统，该系统主要通过集中充电的方式进行工作。充电模块主要由功率因素校正、直流转直流（DC/DC）两大功能电路组成。绿色充电系统采取了电流平均值控制法，是利用较高功率因数的Boost单相功率因数来校正电路，这样能够有效提升功率，使功率因数高于0.92，使谐波畸变率低于5%。

3.5价格控制

为确保规模化电动汽车有序充电，可通过电力市场来进行控制，采用电力价格机制引导用户主动调节充电行为从而实现利益最大化。首先，可以采用分时电价，根据电网负荷变化情况见每天小时划分高峰、平段、低谷等多个时段，对不同的时候制定不同额店家水平，通过这种方法來激励电动汽车用户合理安排充电时间，削峰填谷，提高利用效率。其次，可以采用阶梯电价，把户均用电量设置为若干个阶梯分段或分档次定价计算费用，进而更好地引导电动汽车用户进行有序充电。

结语：在环境污染严重、能源危机巨大的形势下，电动汽车的推广和使用体现出了重要的意义和价值，但因此造成的配电系统运行不平衡等问题也引起了高度重视。政府部门和技术部门会共同采取有效措施，使这一问题得到合理解决。对于纯电动汽车的充电问题可以借助直流电或蓄电池的电力进行充电，这种充电方式不仅耗费成本小，还不会对环境造成太大污染，经济实惠与环保效益兼得。对于充电站、直流机及充电桩的建设应结合车辆行驶轨迹设在停车场、小区、超市等人口流动密集的地方，这样能够充分发挥土地资源的作用，提高社会效益。