新能源汽车充电站对配电网的影响

安康职业技术学院 雷显国

引言

随着全球经济的快速发展和人口的不断增长，传统一次能源造成的环境污染越来越受到人们的关注。这不仅是烟雾，光化学烟雾，酸雨带来的危险，而且二氧化碳含量的增加还将导致全球气候发生不可预测的变化。因此，以电能为基础的二次清洁能源的价值正在逐步增加，电动汽车是新能源应用的重要方面。电动汽车具有低污染，低排放的优势 ，逐渐成为人们出行的主要交通工具有 。然而 ，由于电池容量不足和动力电池技术发展较晚，电动汽车不能满足长距离行驶的要求， 必须建立大量的充电站以保证电动汽车的正常长距离行驶 。大量充电站将连接到配电网，这也将影响配电网的潮流分析。 因此，分析研究电动汽车充电站对城市发展前景的影响，并提出相应的优化设计策略 ，具有十分重要的意义。

1 电动汽车的未来发展趋势

新能源电动汽车必将会快速地融入到汽车市场中。随着电动汽车行业的迅速发展，全球的电动汽车市场正处于重要的转型阶段，对于汽车的要求不再只是安全快速还要其具有节能减排的作用，有资料表明全球的电动汽车产量逐年递增的趋势非常明显，增长速度越来越快。

电动汽车推广初期，主要依赖政府的财政补贴，随着技术发展，环保理念深入人心，各种补贴政策在逐渐退出 ，解决里程问题就成为电动汽车推广的制约因素之一。增加电动汽车单次充电的行驶里程，降低购买汽车的成本，并且在操作的时候要简单方便。未来轻型材料技术在电动汽车中的应用，汽车动力电池的能量密度提高等技术手段将改善充电设备和其他设备的契合度，这些都可以提高电动汽车在选择上的优势，这样电动汽车就会被更多的车主所接受。

2 电动汽车接入对城市配电网的影响

2.1 发生电压偏差

电气设备都应该在额定电压值下工作， 这样可确保电气设备的使用寿命。否则，电气设备将不能正常工作或在非正常状态下工作。长期使用此类设备会大大降低安全性和可靠性。然而，当将大量的电动车辆充电站连接到电网时， 在电动车辆的峰值充电时段期间，电网上的电力负载急剧增加，将导致配电网的电压趋于下降。这不仅会降低系统运行的稳定性，而且会在一定程度上增加电网的损耗并导致各种安全事故。另外，一些电动汽车充电站具有高速 、大功率和快速充电的功能， 极大地影响了电网，进一步影响了配电网的电压质量。

2.2 影响传统的继电保护性能

建立电动汽车充电站并接入电网可以使配电网相关线路中的电力流具有双向流动功能， 但是现有的继电保护不能满足新的电动汽车充电站的需求 。为了使继电保护系统和配电线路适应许多电动汽车充电站，继电保护和配电线路系统 ，已经进行了许多改进 。继电保护装置在没有故障线路上的运行进一步增加了配电网改造的投资。

3 电动汽车充电对配电网的影响研究

3.1 对负载供应和平衡的影响

电动汽车充电有两种充电方法 ：整车充电和更换电池充电 。实验证明 ，更换电池的充电时间更灵活，更易于掌握。 当电池电量很低时，可以快速为电池充电，也可以有效地调整电网的峰谷负荷差。

电动汽车的电池设备是一种移动式储能设备，因此可以与其他可再生能源配合使用，以合理地调整电力系统的负荷特性曲线。由于电力是可控制的负载，因此可以选择将电池连接到配电网的时间 。 通过更改电力系统的负载曲线以减小峰谷负载差异 ，可以对电网产生明显的调节效果，但是设定功率和负载的特性也会影响调节效果。

由于电动汽车的持续普及，对配电网的影响也越来越大。如果能够科学合理地安排和调整电动汽车的充电负荷特性 ， 加强发电厂与电网的合作 ，将大大提高经济效益。 反之，当电动汽车的充电负荷不能合理安排和调整时 ，配电网的前景可能会出现较大的负荷差 ，如果超过电网负荷范围 ，将直接影响运行质量 。在电源不足的情况下，在低负载需求的情况下会有过多的盈余 ，从而导致电源不平衡。

3.2 对电能质量的影响

电动汽车充电对配电网质量的影响主要体现在谐波污染上。对于插电式电动汽车充电站，配电网容易受到电动汽车充电引起的谐波污染，这在以下几个方面尤为突出：变压器中的有功损耗会受到谐波电流的影响，导致功率和成本增加，变压器的噪声随着谐波的注入而增加，并且在电源和配电线路的情况下，谐波还会增加线路的有功功率损耗和无功功率 。对于电力系统的配电网线路设备，通过谐波的传播 ，极大地损害了电网的电能质量，并影响了各种电力设备的日常运行。这就有必要加强滤波手段的应用，以减少谐波的影响。

3.3 对电网经济的影响

变压器损耗是对电网经济影响的一个主要标志 ， 电网线路和其他电力设备也影响着电网的经济。在较小的充电强度下，电动汽车向变压器充电的损耗几乎可以忽略不计 ，但是随着电动汽车数量的不断增加，变压器中的损耗将逐渐增加，从而难以节能。

3.4 对网络规划以及交易模式的影响

随着智能充电技术的出现和使用 ，可以更好地平衡配电网前景中的电网负载和频率波动 ，最小化电网上的峰谷负载差异 ，增加电网上的负载功率，并降低活力。极大地改善了电网的运行方式，在配电网规划中发挥了非常重要的作用。

由于使用时间高峰和谷底电价的出现和使用 ， 电动汽车可能会使用各种访问方法， 并且可能会在不同时间依靠配电网进行充电。因此，电网和电动汽车将发生越来越多的变化。就电能而言 ，交易越复杂 ，交易方法就越多样化 ，这需要更大的电力市场的支持。

4 电动汽车充电站的优化设计策略

4.1 抑制谐波污染

进入电动汽车充电站不可避免地会在配电网上造成一定的谐波污染，通常，可以采用主动处理和被动处理两种方法来控制谐波污染。被动处理对谐波抑制具有明显的作用。电动汽车充电站人工谐波控制方法主要包括以下三种：

（1） 增加有源滤波器： 有源滤波器本身具有较强的滤波功能，响应速度快 ，可靠性高，滤波效果好，在无源谐波控制中占有较高的地位，得到了广泛的应用。 对于电动汽车充电站，可以在配电网络中并联连接有源滤波器，以消除谐波污染。

（2）添加无源滤波器 ：与有源滤波器类似 ，无源滤波器可以起到抑制谐波的作用。无源滤波器通常由电感器，电容器和其他组件组成，结构简单且成本低廉。可以实现不同的过滤效果。

（3）优化充电器数量 ：电动汽车充电站包含多个充电器 ，每个充电器产生的谐波具有不同相角的谐波电流 。随着充电站中充电器数量的增加，谐波补偿效果会更好 。 例如 ，当一个充电器为电动汽车充电时 ，电流谐波的失真率约为68.25，而当使用两个充电器对电动汽车充电时，电流谐波的失真率约为43.18。 电动汽车的电流谐波畸变率约为33.49 。可以看出 ，在电动汽车充电站的初始建设中 ，必须结合实际的变压器数量和具体的经济状况，并适当增加充电器的数量 ，以有效改善配电网的电能质量。

4.2 减少电网中的电压波动

（1）加强电网供电能力 ：电动汽车可以通过专用的电源线充电，在一定程度上减轻配电网压力，提高电能质量。例如，双电源系统的电源模式可以与母线拆分技术结合使用，以实现各种电源回路。

（2）使用无功功率补偿 ：由于负载是随机的 ，因此配电网络的电压存在一定程度的波动。因此，通过适当添加无功功率补偿器，可以有效地抑制电网中的电压波动。无功功率补偿器通常由电容器和电抗器组成，具有良好的稳定性 ，快速的调节速度并可以抑制电压随时间的波动。

4.3 新能源整合对电网的影响及其策略

新能源的产生可以有效地减少一次能源的使用，但是也具有间歇性，随机性，调度潜力薄弱的缺点。在这一阶段，获取新能源主要包括离网储能，并网发电和两个集成系统。在电网接受度不足的情况下 ，新能源发电将产生负面影响 ，主要在以下方面 ：（1）电能质量 。风能和太阳能发电厂受天气和环境的影响很大 。两者都具有间歇性和易失性的特征。 这对电压合格率有一定影响。当将新能源连接到配电网观时，原始网络线的部分输出功率由分布式电源提供，并且分支线每个节点上的电压都会增加 ，这会导致电压水平过高。（2）网络丢失。当新能源连接到配电网络时 ， 配电系统会将原始的单电源辐射状网络转换为用户互连和多个电源弱电网络。这改变了网格结构，影响网络损耗的因素在很多方面都增加了，例如在原始负载情况下的电源容量和位置 。解决上述问题的方法是 ，防止传输和分布图在负载压力过大的环境中工作 ，降低接入点配电网的传输功率 ，并扩大电网的传输裕度。 为了提高系统的电压调节效果，对端子电压进行调节 ，从而避免了线损现象。

4.4 优化电能质量

电网电能质量的优化可大大提高配电网运行的安全与稳定性，在此基础上，对配电网系统和设备采用控制、抑制、减缓、消除等多种控制方式，通过高耐压、低损耗等设备的投入使用，来改善电动汽车充电站对配电网的影响，提高配电网的电能质量。

5 结语

综上所述，随着我国经济的不断发展，我国的电动汽车产业也发展迅速 。电动汽车的各种充电方式将对电网产生很大的影响，但电动汽车的储能特性将给电力系统带来特殊的机遇。本文分析了我国的电动汽车设备，并分析了其未来发展前景。不仅需要依靠政府补贴或财政投资来推广电动汽车， 而且还需要立即增加电动汽车的行驶里程并降低成本。电动汽车充电对配电网的影响主要包括对负载供给和平衡的影响 ，对电能质量的影响以及对电网经济的影响。最后，有必要改进有序电荷限制系统的构造。