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電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)的影響與利用

2018-07-18 17:52馮實(shí)
智富時(shí)代 2018年5期
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)利用

馮實(shí)

【摘 要】電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)作為新興的新能源交通技術(shù),受到廣泛的關(guān)注。它具有低噪音、高能源利用率、無(wú)移動(dòng)廢棄等優(yōu)勢(shì)。未來(lái)將有大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)接入配電網(wǎng),而當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)充電負(fù)荷具有一定隨機(jī)性和波動(dòng)性,這對(duì)配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行造成一定的影響。文章在闡述電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的概況后,分析了電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷增長(zhǎng)、電能質(zhì)量和配電網(wǎng)規(guī)劃等影響。最后,針對(duì)這些影響,提出建議。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē);電網(wǎng);影響;利用

一、研究背景

以某省為例,當(dāng)前某省出臺(tái)了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出要深入開(kāi)展節(jié)能減排,優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),加快可再生能源發(fā)展;堅(jiān)持清潔利用,大力發(fā)展光伏發(fā)電,穩(wěn)步推進(jìn)風(fēng)電開(kāi)發(fā),快速推廣電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用,逐漸提高電能在能源消耗中的比重;制定并實(shí)施《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施“十三五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》,優(yōu)先建設(shè)公交、出租及環(huán)衛(wèi)、物流等公共服務(wù)領(lǐng)域充電基礎(chǔ)設(shè)施,積極推進(jìn)居民區(qū)與單位停車(chē)位充電樁配建工作,鼓勵(lì)有條件的專(zhuān)用充電樁對(duì)社會(huì)公眾開(kāi)放,合理布局社會(huì)停車(chē)場(chǎng)所公共充電基礎(chǔ)設(shè)施。結(jié)合骨干高速公路網(wǎng),形成省內(nèi)高速服務(wù)區(qū)城際快充網(wǎng)絡(luò),從而進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。同時(shí),為了保證配電網(wǎng)安全可靠及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,我們?cè)趯?duì)城市配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí),必須提前考慮到當(dāng)前及未來(lái)配電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn),即大量電動(dòng)汽車(chē)的充放電負(fù)荷接入,而這些電動(dòng)車(chē)負(fù)荷,都具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性和難以預(yù)測(cè)性。因此,有必要對(duì)含電動(dòng)汽車(chē)接入配電網(wǎng)的影響[1]進(jìn)行分析。

二、電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)現(xiàn)狀

截止到2016年底,該省新能源電動(dòng)汽車(chē)保有量約32150輛,已經(jīng)建成投運(yùn)的充換電站251座,建設(shè)充電樁21521個(gè)。

(二)“十三五”期間安徽省電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃

根據(jù)《關(guān)于加快新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和推廣應(yīng)用實(shí)踐意見(jiàn)》,2018年初,純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)?yán)塾?jì)銷(xiāo)量要達(dá)到7萬(wàn)輛以上。根據(jù)交通規(guī)劃,“十三五”期間電動(dòng)汽車(chē)總產(chǎn)能60萬(wàn)輛,計(jì)劃推廣電動(dòng)汽車(chē)20萬(wàn)輛。

2016年投入使用的電動(dòng)汽車(chē)中公交車(chē)2891輛、環(huán)衛(wèi)車(chē)111輛、私家車(chē)23268輛、物流車(chē)1540輛、公務(wù)車(chē)3510輛和出租車(chē)1932輛,共計(jì)33252輛。因此,基于2016年電動(dòng)汽車(chē)保有量的數(shù)據(jù),結(jié)合該經(jīng)濟(jì)、人口、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和國(guó)家政策支持情況,采用彈性系數(shù)法、千人保有量法預(yù)測(cè)該省“十三五”年電動(dòng)汽車(chē)的保有量。

2016年該省電動(dòng)汽車(chē)充電量統(tǒng)計(jì)如下,公交車(chē)充電量約21104億千瓦時(shí),環(huán)衛(wèi)車(chē)根據(jù)充電量約810億千瓦時(shí),私家車(chē)充電量約5661億千瓦時(shí),物流車(chē)充電量約11242億千瓦時(shí),公務(wù)車(chē)充電量約1281億千瓦時(shí),出租車(chē)充電量約1410億千瓦時(shí),共計(jì)充電量約為41509億千瓦時(shí)。

三、電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)電網(wǎng)的影響

(一)負(fù)荷的增長(zhǎng)

為了進(jìn)一步研究電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)該省電網(wǎng)的影響,首先針對(duì)大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)充電的負(fù)荷特性進(jìn)行分析。結(jié)合交通信息、電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量、充電樁空間分布等數(shù)據(jù)建立充電概率模型。再根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)駕駛員主觀(guān)決策和客觀(guān)停車(chē)充電的需求,即得到電動(dòng)汽車(chē)充電的發(fā)生概率。下一步再通過(guò)概率分布分析在不同地點(diǎn)的充電起止時(shí)間等數(shù)據(jù),最終利用蒙特卡洛模擬計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷。

本文以私用電動(dòng)汽車(chē)常規(guī)充電模式即慢充的方式為例分析其充電負(fù)荷特性。通常慢充時(shí)間要4~8個(gè)小時(shí),充電功率在3~10kW。

一天中電動(dòng)汽車(chē)的每個(gè)小時(shí)的行駛里程占比分析,電動(dòng)汽車(chē)一天中主要工作時(shí)間在早上7∶00~19∶00之間,通常車(chē)主在17∶00~24∶00之間下班回家,即可假設(shè)為最后一次行程。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究得出的數(shù)據(jù),普通人私家車(chē)的日均行駛里程為40km,假設(shè)單程均值在20km左右,單程耗時(shí)在1h以?xún)?nèi)。

以1000輛電動(dòng)汽車(chē)為例,采用蒙特卡洛仿真方法在0d80和17

基于前文的負(fù)荷特性分析,可預(yù)計(jì)省最高用電負(fù)荷規(guī)模大約5000萬(wàn)kW,其中電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷規(guī)模大約占到6%左右,即充電負(fù)荷約400萬(wàn)kW。當(dāng)充電同時(shí)率較高時(shí),即快充車(chē)輛比例較高或者在充電高峰時(shí)期有大量電動(dòng)汽車(chē)充電,將會(huì)造成負(fù)荷快速增長(zhǎng),使電網(wǎng)負(fù)擔(dān)加重,對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行造成影響。

(二)電能質(zhì)量問(wèn)題

電動(dòng)汽車(chē)接入對(duì)電網(wǎng)造成的電能質(zhì)量問(wèn)題當(dāng)前受到廣泛關(guān)注。根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)充電具有空間特性,若充電站的規(guī)劃建設(shè)不合理,當(dāng)某一站點(diǎn)有大量電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電時(shí),會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)較大沖擊,造成電壓波動(dòng),甚至造成部分區(qū)域過(guò)載的情況。

型的充電樁結(jié)構(gòu)中,以電力電子器件組成的逆變器單元為基礎(chǔ),存在非線(xiàn)性環(huán)節(jié),在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波,影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

充電諧波依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)充電工作3小時(shí),檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)存在7,11,13,15,17,19等奇次諧波,其中以7次和11次諧波含量最大。電動(dòng)汽車(chē)充電樁的輸出諧波的大小與電力電子器件本身開(kāi)關(guān)頻率和輸出濾波器參數(shù)配置有關(guān)。

(三)配電網(wǎng)規(guī)劃影響

隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的高速增長(zhǎng),未來(lái)該省電網(wǎng)將有大量的直流、交流充電樁和充電站進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。因此,這對(duì)配電網(wǎng)的傳統(tǒng)規(guī)劃造成很大的影響,在考慮電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性和充電站投資的經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上,還需要研究電動(dòng)汽車(chē)充電站的空間分布和充放電的負(fù)荷模型,即考慮汽車(chē)的充放電負(fù)荷特性,駕駛習(xí)慣、充電規(guī)律和交通狀況等等,從而準(zhǔn)確建立電動(dòng)汽車(chē)的充放電模型,支持配電網(wǎng)科學(xué)規(guī)劃。

四、電動(dòng)汽車(chē)接入建議

(一)電動(dòng)汽車(chē)有序高效充電

通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷模型的建立,使得部分可控電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)控優(yōu)化運(yùn)行,以電網(wǎng)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù),建立優(yōu)化調(diào)控模型。結(jié)合當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),在線(xiàn)引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)有序充電。同時(shí)最大限度的優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)充電效率,使得電動(dòng)汽車(chē)高效充電,降低系統(tǒng)網(wǎng)損,從而提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

(二)改善電能質(zhì)量

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求,電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)與驗(yàn)收過(guò)程要嚴(yán)格把控,最大限度地提高電動(dòng)汽車(chē)充電站建成后的電能質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。加入電能質(zhì)量檢測(cè)與分析裝置,對(duì)充電站(樁)施行準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。建議加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,解決電動(dòng)汽車(chē)充電造成的電網(wǎng)電壓波動(dòng)問(wèn)題。即在充電站并網(wǎng)點(diǎn)加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置或靜止同步補(bǔ)償裝置等。為了抑制電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)生的諧波,建議加裝有源濾波裝置。

(三)統(tǒng)籌配電網(wǎng)科學(xué)合理規(guī)劃

通過(guò)建立電動(dòng)汽車(chē)充電的負(fù)荷模型,重新梳理電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷加入后的區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃模型,進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè),電力平衡等,充分考慮本地區(qū)電網(wǎng)供電能力,設(shè)備水平,盡量使得充換電設(shè)施規(guī)劃布局科學(xué)合理。

五、總結(jié)

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境污染和氣候變化的持續(xù)關(guān)注,有效利用濟(jì)潔能源已經(jīng)成為廣泛共識(shí),電動(dòng)汽車(chē)作為新趨勢(shì)下的綠色節(jié)能的交通方式已被大家所接受并得到國(guó)家政策的鼓勵(lì)。電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)自于車(chē)載電池,其續(xù)航里程取決于電池的容,電池容量越大,充電機(jī)功率就越大,使得電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)成為未來(lái)電網(wǎng)的主要用電負(fù)荷之一。為了提高充電效率,多數(shù)電動(dòng)車(chē)采用直流充電機(jī),充電方式主要為恒流充電,即不管電網(wǎng)電壓偏差如何,在短時(shí)間內(nèi)充電功率通過(guò)控制維持在一定值。本文闡述了某省電網(wǎng)“十三五”期間電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展概況,對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入系統(tǒng)的影響,如負(fù)荷增長(zhǎng)、電能質(zhì)量和配電網(wǎng)規(guī)劃等進(jìn)行分析,最后針對(duì)這些問(wèn)題提出建議。省電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展極其迅速,這對(duì)當(dāng)前配電網(wǎng)設(shè)施造成一定的挑戰(zhàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高賜威,張亮.電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)影響的綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(2):127-131.

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