电动汽车对电力系统的影响及其调度与控制问题

罗留祥 柴宇奇

（商丘职业技术学院 河南商丘 476000）

随着全球经济的快速发展，对于石油能源的需求量激增，与此同时，伴随着石油消耗所产生的排放物和污染物对生态环境所造成的污染已经对人类自身产生了危害甚至是威胁。在这样的背景下，已经有越来越多的国家加入到了新能源研发行列，同时也在各个行业领域开启了新能源的使用。对于汽车行业来说，在很长一段时间内都是以燃油作为其主要的动力来源，以我国为例，燃油汽车占比较大。然而，随着能源短缺形势的日趋严峻和环境污染日趋严重的双重压力，寻求新的能源替代产品已经成为汽车领域发展的主要方向。近年来，电动汽车发展迅速，市场占有率也逐年提升，更因其尾气零排放及能源来源方式多样化的特点能够极大缓解我国能源危机和环境污染等问题。可是，随着电动汽车规模的扩大，对于电力供应量也提出了更高的需求，这给电力系统带来一定的影响和压力。基于此，深入分析电动汽车对电力系统造成的影响，并有针对性地制定应对策略是十分必要和有意义的。

1 电动汽车概述

1.1 电动汽车发展现状概述

与传统的内燃机结构相比，电动汽车优势明显，而作为一项创新技术，其广泛应用和推广不仅推动了汽车领域的多元化、创新式发展，更推动了电力行业经济效益的提升，同时，降低传统汽车尾气排放对生态、环境造成的侵害。在某种程度上，电动汽车的出现和发展是时代、社会和科技发展的必然结果。我国电动汽车还处于发展阶段，无论是技术还是应用，都还有很大的探索和提升空间，而这其中最为关键的问题就是电动汽车充电问题。当下，电动汽车领域存在比较集中的问题，如充电基础设施不足、充电效率低下等，也正是这些问题在很大程度上制约了电动汽车发展和普及的程度。

实际上，随着人们生活水平的提升，汽车已经成为家庭的必需品，我国汽车数量也呈现着逐年上升的趋势，与此同时，能源危机、环境污染还在持续恶化，燃油汽车所排放的尾气对大气和环境的污染性已经无法逆转。面对这样复杂的现状，在保持汽车行业经济增长、人们生活水平提升的前提下，要缓解能源危机、实现生态、环境可持续发展，寻求替代能源、实现技术创新是必然的选择。因此，电动汽车的产生、发展及普及既是汽车行业技术发展的结果，也是经济社会环境协调发展的需要。

就我国目前电动汽车发展而言，充电依然是亟待解决的首要问题。一些电动汽车家庭存在私接充电电源的问题，导致整个电动汽车充电环节混乱，这不仅影响了电动汽车行业规范性发展，更对电力系统埋下了安全隐患，甚至让那些原本就对电动汽车持观望态度的购买者彻底失去信心。

1.2 电动汽车发展的意义

我国的石油资源并不丰富，尤其面对如此大数量的石油需求，更显得力不从心，不得已只能依靠进口。而国际局势复杂多变，大量依赖进口也同时意味着要受制于人，这是人们最不愿意面对的。近年来，环境问题也是我国关注的重点，燃油汽车尾气排放所产生的污染物已经被世界认定为造成环境污染及温室效应的罪魁祸首之一。为了缓解这种不良局面，同时又要保持经济增长的速度及汽车行业发展的稳定性，新能源、新技术的使用和创新是必然的发展趋势。因此，电动汽车作为一种新能源汽车，因为其节能、零污染及对环境友好的特征，将会成为汽车领域未来发展的必然趋势［1-2］。

此外，为了尽快摆脱国家对于石油等能源依赖进口的局面，降低国家受制约程度，新能源的开发、利用是必然的发展趋势。而电动汽车的发展在很大程度上缓解了我国对于石油的依赖程度，促进我国能源结构的多元化发展，实现能源结构格局的变化。从短期看，其能够缓解能源压力；而从长期来看，对于国家实现发展绿色能源、实现持续发展及“碳中和”目标都具有重要的意义。

2 电动汽车对电力系统产生的影响

2.1 电动汽车对电力系统产生的影响

电动汽车的普及推广是社会进步和发展的必然选择，其的广泛应用无论对缓解能源危机，还是促进可持续发展的，抑或是优化能源结构，都起到积极的作用。然而，电动汽车的使用也并非完美无缺，至少其充电所需的充电设施、用电量对于传统供电系统来说也是一项挑战，这种挑战在电动汽车应用之初显得尤为突出。首先是用电需求，这也是电动汽车最基本的要求，当电动汽车的数量越来越多后，这时可以将每一部电动汽车看作一台用电设备，每增加一部电动汽车就意味着一台用设备加入到了电力系统中，这对于传统供电系统来说，将产生经济效益和运行稳定性两方面的影响。对于购入电动汽车的家庭来说，虽然省去了原本燃油汽车用油的费用，但充电所需的电量将作为另一项家庭财政支出，这笔支出将会占有家庭支出的一大部分比例。而从电力供应系统的角度来看，面对持续增加的用电设备，为了保证供电的稳定性，只能寻求各种合理方式提升电力输出，以保证人们日常生产、生活的用电量。然而，电动汽车充电时间的随意性让电力部门很难再依据传统供电特征总结出电动汽车的用电规律，因此，就很容易出现用电高峰时段电动汽车集中充电的情况，从而导致电力供应压力过大、电压不足，甚至集体断电等问题，这是电动汽车对电力系统的负面影响。从积极的角度来看，随着电动汽车的广泛使用，对于电力系统的影响已经成为必然，那么对于电力部门而言，提高供电效率、增加电力供应系统、持续推进技术更新是唯一的选择，这在很大程度上推动了电力行业的发展。与此同时，电力需求量的增加也意味着电力行业经济效益的提升，另外，也是变相推动了国家能源结构的改革及环保步伐的加快［3］。

2.2 电动汽车对于电力系统所产生的负载

电动汽车的动力供应方式是通过电力系统对汽车所配备的电池进行充电，从而获得动能储备，当汽车运行过程中，再将电池中储备的电能释放后转化为动能，推动汽车前进，整个过程都需要在安全、稳定的电力供应前提下才能够实现。因此，必须要对电动汽车对电力系统负载情况进行研究。对于电力系统而言，如果大量电动汽车在配电高峰时间段进行集中充电，那么势必会对电力系统的负载造成一定的压力和影响，形成电压骤降的局面，无论是高压还是低压线路，都会出现超载运输的情况，变压器及电容也会因为载电量过大而导致不同程度的损耗，长此以往，对配电网正常运营产生严重的威胁和安全隐患，进而形成大范围、大规模断电的严重后果。按照一般规律，电动汽车作为一种家庭代步工具，其充电集中时间段通常在下班后，因此，下午6 点至8 点一般会是大部分家庭的充电时间。再结合当下电动汽车充电所需时长，那么集中用电高峰将会出现在9 点左右，而这个时间段恰好是传统用电高峰，那么大量加入的充电设备对于配电网来说就要承担着双重的供电压力，从而导致配电网超载运行，进而造成传输运载能力下降的后果［4］。

2.3 电动汽车充、放电时对电力系统产生的影响

电动汽车作为新技术，将在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，而其在电力系统中的地位也将更加突出和彰显。然而，其特殊的能量消耗方式也让人们不得不正视电动汽车对于电力系统的影响。有数据表明，很多国家的电动汽车所占用的电力系统负载已经占据电力负载总量的7%～10%，而且这个比重还有继续提高的趋势。因此，如果不能解决好电动汽车充放电时对供电系统所产生的负面影响的问题，那么不仅会阻碍电动汽车的进一步推广，而且无法从根本上解决电力系统负载多大的问题，甚至会影响到国家节能减排政策的推进。因此，尽快制订出科学合理的管理方案和改进措施是缓解电力系统压力的唯一途径［5-6］。

实际上，已经有研究表明，电动汽车的最佳充电时间段是在夜间。之所以得出这样的结论，主要也是考虑到夜间供电系统运行的稳定性，既可以保障供电稳定性和效率，对于汽车电池也起到了较好的保护作用。但从供电系统的角度来说，配电系统过度损耗的情况也是存在的，从长远角度来看，也将对整体的电力供应效率产生影响。此外，随着电动汽车数量的增多，电池渗透率超过一定范围时，将会导致电力系统的负载曲线发生偏移和改变，这种变化所引发的后果就是负载曲线改变率大的区域电力供应的效率降低。因此，要彻底解决电动汽车充放电时对电力系统产生不良影响问题，就要结合电动汽车实际驾驶数据及电动系统的运行情况，通过数据进行仿真模拟，进而获得可靠的数据和结论。因此，总结来讲，电动汽车充放电过程中对电力系统的影响会涉及电力供应的全过程，即电力配送、运输和供电。传统的电力输送体系对于日常用电基本是可以满足的，但供电线路并没有更多的富裕，因此，面对电动汽车的用电需求，还需进行补充和完善，结合电动汽车使用现状和未来发展趋势，合理地规划电力系统优化方案，实现供电电压和效率的安全、稳定提升［7］。

3 降低电动汽车对电力系统影响的调度和控制策略

3.1 积极推进电动汽车分层调度策略

对于电动汽车的调度是实现电动汽车充放电最优化配置的手段，通过有效的调度，从而缓解当下电力系统负载压力过大的局面，从而确保电力系统运行的稳定性，降低用电高峰时段电力供应的不稳定性，提升电力输送的安全性和可靠性。传统的电力汽车调度通常采取的是直接调度模式，这种调动方式的优势在于调度形式直接、简单，可以通过供电系统的调度部门直接完成，这个时期的集中用电时间段比较容易把控，用电高峰和低谷也相对固定，因此，整个调度过程相对容易。而在电动汽车大规模推广后，无论是对电力供应总量的需求还是用电结构，都发生了改变，再延续直接调度模式显然无法满足电动汽车广泛使用的当下。因此，积极推进分层调度策略是势在必行的。分层调度的优势在于能够将电压等级进行分层划分，再结合地区用电量进行区域划分，从而结合不同区域的实际用电需求建立独自的配电机构。各自区域的配电机构负责本区域内电力调度问题，从而更有针对性地开展电力调度，实现电力输送结构的最优化［8］。

3.2 推进电池租赁业务的推进和发展

当下，电动汽车之所以对电力系统造成一定的影响，问题主要集中在电动汽车充电时间随意性强，无法对现有电动汽车的充电进行统一管理和要求。相对于家用电动汽车、电动公交等公共交通工具已经实现了充电集中管理，并且运行状况良好，而考虑到短时期内，对于电动汽车的全面、系统化管理还难以有效开展。因此，探索电池更换、租赁业务，采取集中充电、统一管理的运营模式，以电池租赁的形式实现对电动汽车充电的统一管理，形成以租代充的管理模式。一方面，通过电池更换代替充电的形式，能够实现对电动汽车充电时间的控制，可以集中在用电低谷时间段进行集中充电，从而缓解电力系统供电压力；另一方面，也节约了电动汽车使用者的充电时间［9］。

3.3 建立分时阶梯式电价

为了有效缓解用电高峰期集中充电的局面，降低电动汽车充电随意性对电力系统造成的不良影响，引导电动汽车车主在用电低谷时充电，建立起分时阶梯电价是十分必要的。针对电高峰和低谷设计阶梯式的电价，降低车主高峰时期集中用电的可能性，尽可能地降低电动汽车集中充电对电力系统产生的影响［10］。

4 结语

综上所述，电动汽车的发展不仅能够推动汽车行业的发展，更对国家能源结构的优化、推动社会的发展及经济效益的提升都起到了积极的促进作用。然而，随着电动汽车数量的增多，对于传统供电系统也产生了一定的影响。基于此，深入分析电动汽车对电力系统的影响因素，从而有针对性地制订调度和控制策略推动电动汽车普及发展，以及提升电动系统运行稳定性的重要举措。