張學(xué)平（安徽省電力公司，合肥市230022）

基于電動汽車接入對配電網(wǎng)運行及效益探討

張學(xué)平（安徽省電力公司，合肥市230022）

本文結(jié)合安徽地區(qū)配電網(wǎng)對電動汽車負(fù)荷接入配電網(wǎng)影響進(jìn)行探討，給出了電動汽車接入配電網(wǎng)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益分析，為未來電動汽車負(fù)荷接入配電網(wǎng)項目提供理論指導(dǎo)和參考。

電動汽車；配電網(wǎng)；負(fù)荷特性；社會效益；經(jīng)濟(jì)效益

引言

電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與推廣是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的重要途徑。實際中大量的電動汽車接入配電網(wǎng)時，會對配電網(wǎng)的運行帶來較大的影響[1]。同時，電動汽車充電負(fù)荷具有一定的隨機性，使得配電網(wǎng)規(guī)劃所考慮的問題更加復(fù)雜。因而，電動汽車接入配電網(wǎng)的研究對配電網(wǎng)規(guī)劃具有十分重要的意義[2]。

1 電動汽車充電負(fù)荷影響因素

電動汽車充電負(fù)荷主要受電動汽車類型、能量供給模式、汽車保有量、電池特性以及電動汽車充電模式等因素影響。

常規(guī)能量供給模式又叫慢速充電模式或常規(guī)充電模式，其特點是充電持續(xù)時間較長，充電功率較小。常規(guī)能量供給模式一般采用小電流恒壓或恒流的充電方式對電動汽車進(jìn)行充電，充電功率較為穩(wěn)定?？焖倌芰抗┙o模式又稱應(yīng)急充電或者快速充電，一般需要使用專門的直流充電機對電動汽車進(jìn)行充電，其原理是以較大的電流對電動汽車進(jìn)行快速短時的充電。更換電池模式簡稱換電池模式，即在動力電池電量即將或者己經(jīng)耗盡時將其取下，換上充滿電的電池組。

不同類型電動汽車應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇不同能量供給模式進(jìn)行充電。各供給模式的對比如表1。

表1 電動汽車能量供給模式的綜合比較

2 電動汽車接入對配電網(wǎng)負(fù)荷特性影響

電動汽車充電負(fù)荷特性與其充電模式密切相關(guān)，按照電動汽車與電網(wǎng)的互動程度，其充電模式可分為：

（1）即插即充模式。根據(jù)使用者習(xí)慣，電動汽車完全可以在任何時刻接入電網(wǎng)進(jìn)行充電，基本不考慮電網(wǎng)的運行特性。

（2）夜間充電模式。電動汽車在夜間特定時段進(jìn)行充電，等效充電負(fù)荷缺乏與電網(wǎng)的互動和優(yōu)化。

（3）智能單向有序充電模式。在夜間充電模式的基礎(chǔ)上，電動汽車通過與電網(wǎng)的實時通信，實現(xiàn)其充電負(fù)荷與電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)控制，但不具備向電網(wǎng)反送電力的能力。

（4）智能雙向有序充放電模式，又稱電動汽車接入電網(wǎng)模式。其在V1G模式的基礎(chǔ)上，電動汽車可作為電能存儲或備用電源設(shè)備，在用電高峰時段或電網(wǎng)故障等緊急情況下向電網(wǎng)反送電力進(jìn)行支援。

到2020年，預(yù)計安徽省電動汽車充換電站達(dá)到218座（其中換電站83座，充電站135座），分散充電樁達(dá)到4407個。以換電站集中在白天運行，充電站集中在夜間運行，充電樁在全天內(nèi)平均運行為例，每座充換電站充電負(fù)荷0.03MW，每個充電樁充電負(fù)荷0.005MW。

由于負(fù)荷容量相對較小，電動汽車接入前后，電網(wǎng)負(fù)荷特性曲線基本重合。因此電動汽車對電網(wǎng)負(fù)荷的影響主要表現(xiàn)在：

（1）電動汽車的規(guī)模發(fā)展對電網(wǎng)來說可謂機遇與挑戰(zhàn)并存，無序充電將對電網(wǎng)帶來沖擊，智能充電則能優(yōu)化電網(wǎng)的運行。

（2）好地發(fā)揮電動汽車綜合效益，更有利于電網(wǎng)的發(fā)展和運行，能大力推動智能充電的發(fā)展和應(yīng)用，充分發(fā)揮電動汽車整體削峰填谷作用。

（3）采用智能V2G模式，電網(wǎng)的運行特性和運行效率將得到明顯改善。

3 電動汽車接入對配變設(shè)備及運行的影響

電動汽車接入對電網(wǎng)的影響因素主要是電動汽車的普及程度、電動汽車的類型、電動汽車的充電時間、電動汽車的充電方式以及電動汽車的充電特性。

針對上述各個影響因素，電動汽車帶來的影響主要表現(xiàn)如下：

3.1 電動汽車對系統(tǒng)削峰填谷的影響

隨著PWM整流技術(shù)在電動汽車充放電領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，可以通過控制驅(qū)動信號，靈活改變電動汽車的角色，作為負(fù)荷或分布式電源。在用電高峰時，將儲存在電動汽車蓄電池中的能量反饋給電網(wǎng)；在負(fù)荷低谷時，給蓄電池充電，相當(dāng)于抽水蓄能電廠將水從低水位抽到高水位，儲存電能。

3.2 電動汽車對調(diào)頻服務(wù)的影響

《動力系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)程》規(guī)定，系統(tǒng)頻率偏差不能超過0.5Hz，并要求調(diào)頻電源10s內(nèi)響應(yīng)。由于水電廠相比火電廠啟停迅速靈活，目前我國基本采用抽水蓄能電站承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)。但抽水蓄能電站建站對環(huán)境要求高，并且投資較大，隨著電動汽車充放電技術(shù)逐漸成熟，自動化程度相對更高，電動汽車在未來有可能代替水電站承擔(dān)一定的調(diào)頻服務(wù)。

3.3 電動汽車對電能質(zhì)量的影響

目前，大量電動汽車接入電網(wǎng)的影響主要集中于諧波問題。針對充電設(shè)備帶來的諧波污染，可提出以下對策：

（1）貫徹執(zhí)行與諧波相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，從總體上控制供電系統(tǒng)諧波水平。

（2）增加換流裝置的相數(shù)，換流裝置是主要的諧波源之一，當(dāng)脈動數(shù)由6增加到12時，可以大大降低諧波電流有效值。

（3）增裝無功補償裝置，提高系統(tǒng)承受諧波的能力。

（4）加裝濾波裝置。對諧波污染可采用就地治理的辦法，在充電站（機）就地完成諧波治理工作，探索在未來充電站建設(shè)中應(yīng)用綠色充電機 （充電過程中能夠有效抑制諧波且功率因數(shù)較高的充電機）治理諧波。

4 電動汽車接入對配電網(wǎng)效益分析

4.1 社會效益

4.1.1 產(chǎn)業(yè)鏈帶動效應(yīng)

依托既有基礎(chǔ)，大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)，通過示范帶動效應(yīng)培育電動汽車市場，拉動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成完整的技術(shù)創(chuàng)新、市場成熟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)鏈。

4.1.2 “以電代油”效益

與傳統(tǒng)汽車相比，節(jié)能與新能源汽車節(jié)能減排效果顯著。假設(shè)煤電占總發(fā)電量100%，每燃燒1L汽油排放的二氧化碳約為2.3kg，每生產(chǎn)1度電排放的二氧化碳約為0.87kg（供電煤耗為320g），減排效果十分明顯。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

電動汽車接入對配電網(wǎng)帶來的經(jīng)濟(jì)效益可根據(jù)規(guī)劃遠(yuǎn)期的電量效益來評估。2015年安徽省電動汽車總規(guī)模達(dá)到1.4萬輛。根據(jù)預(yù)測，到2020年總規(guī)模將達(dá)到14.2041萬輛。

電動汽車的發(fā)展可給電力部門帶來廣闊的新增電力消費市場，經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。電動汽車目前正處于大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的前夕，電網(wǎng)公司應(yīng)高度關(guān)注電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r。

5 結(jié)論

本文主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)電動汽車充電要求選擇最佳的充電模式，可更好地滿足電動汽車接入需求。

（2）小容量的電動汽車接入對電網(wǎng)負(fù)荷特性影響極小。當(dāng)電動汽車大量接入后，“即插即用”式的無序充電將對電網(wǎng)帶來沖擊，而采用智能V2G模式可有效改善電網(wǎng)的運行特性和運行效率，發(fā)揮電動汽車對電網(wǎng)負(fù)荷的削峰填谷作用。

（3）電動汽車的推廣發(fā)展在汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展及節(jié)能減排方面均具有良好的社會效益，同時增加全社會用電需求，加之政策的推動作用，可提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]馬玲玲，楊 軍，付 聰，等.電動汽車充放電對電網(wǎng)影響研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（3）：140～148.

[2]胡澤春，宋永華，徐智威.電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J].中國電機工程學(xué)報，2012，32（4）：1～10.

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