电动汽车对配电网负荷率影响的探讨

电动汽车对配电网负荷率影响的探讨
作者：孙凤杰尹国龙
来源：《科技创新导报》2011年第13期
摘要：考虑到电动汽车充电行为的随机性和不确定性，电动汽车的大规模接入会给电力系统的运行与控制带来显著的机遇和挑战。

本文利用可入网电动汽车的储能功能和备用功能，从电网负荷率指标的角度，在我国电网负荷率趋势分析的基础上，采用定性与定量结合的方法研究电动汽车对配电网负荷率的影响。

选择电动汽车数量、充电时间两个切入点，研究电动汽车使用与配电网负荷率的关系。

研究表明，本文仿真模拟的结果对电动汽车的有序发展提供了重要的参考依据。

关键词：负荷率电动汽车配电网负荷曲线
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0042-02
为了节约能源、减少温室气体排放，世界汽车工业发展的重心正在发生转移，发展具有环保、节能等特点的新能源汽车已成为业界共识。

电动汽车便是技术最为成熟、普遍看好的发展方向之一[1,2]。

国家层面，我国于2001年启动了“863”计划电动汽车重大专项，将纯电动汽车、混合动力和燃料电池汽车3类作为整车的研发重点，建立了“三纵三横”的开发布局。

2009年2月，《汽车产业调整和振兴规划》出台，提出到2011年，我国将形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等电动汽车产能。

2010年6月1日起，上海、长春、深圳、杭州、合肥5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。

按3000元/千瓦时给予补贴；纯电动乘用车每辆最高补贴6万元[3]。

企业层面，国家电网公司于2010年开展了电动汽车充电设施建设第二批试点工程，在公司系统营业区的27个网省公司全面推进电动汽车充电设施建设，新建75个充电站和6209个交流充电桩，初步建成了电动汽车充电网络；南方电网公司首批电动汽车充电站于2009年底在深圳龙岗区正式建成投入运营，其规模涵盖了2个充电站、134个充电桩，充电容量总计达2480kV安[4-5]。

电动汽车的大规模商业化发展是建设坚强智能电网的重要内容之一，是落实我国科学发展观，响应国家节能减排政策，提高电能占终端能源消费和使用比重的有效手段。

然而，新技术的应用将给电网带来机遇和挑战。

一方面，通过引导用户在电网负荷高峰时利用电动汽车提供电能，在电网负荷低谷时段对电动汽车进行充电，可以减少电网负荷峰谷差，节约用户电费支出，提高电网设备利用率和促进电网运行安全[6]。

另一方面，大规模电动汽车的接入将影响电力系统的暂态稳定性、调峰能力和经济调度政策，对电网的备用容量也带来影响[7]。

因此，如何推动电动汽车的发展同时又能满足日益增长的电动汽车的用电需求；如何利用电动汽车作为移动式分布储能单元来缩小日益增长的电力峰谷负荷差，以提高输配电设备负荷利用率和减缓新发电厂建设等是当前研究的热点问题。

在上述背景下，本文从电网负荷率的角度，分析电动汽车大规模发展对电网负荷曲线及效率的影响。

以上海市电网为例，采用负荷曲线叠加的方法，仿真模拟电动汽车的规模化应用对电网负荷率的影响。

选择电动汽车数量、充电时间两个切入点，研究电动汽车使用与电网负荷率的关系。

研究表明，本文模拟仿真的结果对电动汽车的有序发展提供了重要的参考依据。

1我国电网负荷率
1.1 负荷率的定义
负荷率是一个总的概念，是指某统计期内的平均负荷与最大负荷之比的百分数。

而具体的负荷率又分为日负荷率、年负荷率、年平均日负荷率等等。

一般而言，电网负荷率是以自然天为周期统计的日负荷率，即
（1）
式中：为日负荷率；Pav为日平均有功负荷；Pmax为日最高有功负荷；为日功率曲线。

负荷率是一个小于1的数，是衡量在规定时间内负荷变动情况，以考核电气设备利用或电力系统运行均衡程度的重要指标。

负荷率高表明负荷曲线比较平缓，峰谷差较小，系统内需要的发电调峰容量小。

从经济运行角度考虑，负荷率愈接近100%，表明电力设备的利用率愈高，同时也更有利于降损和节能减排。

影响电网负荷率大小的主要因素是电力负荷的结构（工业负荷、居民负荷、商业负荷、办公负荷、农业负荷以及其他负荷等六大负荷）和天气变化等用电状况。

提高负荷率的方法主要有削峰、填谷和移峰填谷，具体措施可以通过增加电网的调峰电源、储能设施和分布式发电比例等。

1.2 我国电网负荷率趋势
为保证电网安全稳定运行，合理利用能源，我国非常重视电网负荷率的提高。

近年来，实施的电力需求侧管理，减少了电能的不必要需求，优化了负荷特性，提高了需求的效率，并使得我国电网的负荷率有整体增长的趋势。

表1给出了我国各区域电网2010年11月最高负荷和月均负荷率，其中华东和西北地区负荷率最高均为88.72%。

以华东电网为例，用电负荷率较高，与其区域内负荷特性、各发电能源结构和特性、电网中机组的性能不无关联。

根据华东电网数年电网运行记录情况（2000~2009年）：冬季和夏季典型日日负荷率为79%至91%之间，季不均衡率为82.2%~90%。

根据华东电网负荷特性的预测，2015年、2020年的年均日负荷率、季不均衡率、年日最低负荷率将会在现有的基础上有所上升。

研究表明，如果华东电网用电负荷率每上升1个百分点，就相当于增加了178万千瓦的装机容量，经济效益和社会效益显著。

2电动汽车对配电网负荷率的影响
2.1 电动汽车概述
(1)电动汽车的分类及特点。

现阶段主要有纯电动汽车（Electric Vehicle，EV）、燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）以及外接充电式混合动力汽车（ Hybrid Electric Vehicle，PHEV）。

当前我国发展的新能源汽车中电动汽车的发展最为成熟，基本完成了产业化的准备，初步形成了电动汽车完整地产业链。

根据使用对象的不同，可以将电动汽车：1）集团用车——包括公交部门使用的各种公共交通客车、小巴等；环卫部门使用的街道清扫车、垃圾清运车、洒水车等；邮政部门使用的邮政配送车辆；电力供水等部门使用的电力工程车、工程抢修车等。

特点：行驶特性有一定规律，有固定停车场所。

2）社会车辆——包括公务车和出租车等。

特点：随机性较强，行使半径大。

3）私人乘用车——特点随机性极大，行使里程短，停驶时间长。

(2)电动汽车充电模式分类。

常规充电模式采用居民用电直接充电，充电电流相当低，约为15A，需要2～8小时。

使用最多的电动汽车电池参数在310V/120Ah以上（续驶里程
300km），普通家庭用电总功率约3kW，即使完全用于电动汽车充电，也需要12小时以上才能充满。

快速充电模式也可称应急充电，是以较大的电流在短时间内对电动汽车进行充电，需要20分钟～2小时。

其提供短时间充电服务，一般充电电流大小为150~400A。

这种充电模式适用情况如下：电动汽车续驶里程适中，即在车辆行驶的间隙进行快速补充电，以满足运行需要；由于相应的大电流充电可能会对区域配电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专门的充电站。

电池更换模式是指在电动汽车电池突然没电时，可选择附近的换电站或能源服务站把用完的电池卸下来，换上充满电的电池。

但是这种模式要求电池必须具有统一的标准，即车上电池只要是标准的，才可以更换，比较方便，不存在效率的问题。

2.2 电动汽车对负荷率影响总结
据资料表明，2015年我国电动汽车的预期产能目标为50万至100万辆。

届时我国将成为全球电动汽车和充电设施最大的市场之一。

随着电动汽车保有量的增加，大批量的电动汽车接入配电网充电将对电力系统正常运行产生一定的影响。

(1)充电时间选择。

在用电低谷对动力电池充电时，可以减少电网峰谷差，提高配电系统设备的实际利用率，拓宽终端电能消费市场。

但是，在电动汽车大规模商业化应用之后，当电动汽车蓄电池在正常用电期或者用电高峰期充电时，额外的充电电流会加重供电系统的负担。