浅谈电动汽车与电网

新能源汽车设计论文

学院：机械工程及自动化

班级：2012级车辆二班

作者：林湘龙

学号：021200716

教师：林歆悠

成绩：

2015年06月20日

浅谈电动汽车与电网

引言：

随着全球石油资源问题的凸显，越来越多的人选择购买电动汽车或者插电式混动动力汽车。研究显示，2020年，在欧、美、日、韩及中国，新能源汽车年产量预计占乘用车总量的9%-20%。巨大的电动车数量与用电需求对于电网来说是史无前例的挑战，同时，电动汽车的使用也将给电网带来前所未有的机遇。

到目前为止，电动汽车的充电模式主要有以下四种：1）VOG模式（单向无序电能供给），在此模式下，电动汽车接入电网即可立即充电；（2）TC--Timedcharging模式（单向有序电能供给），在此模式下，电动汽车可以在给定的时刻开始充电；（3）V1G模式（电动汽车充电受电网控制），在此模式下，电动汽车可以与电网进行实时通信，优化充电安排、提高电网效率，在电网允许时刻进行充电，弊端是不能向电网反馈送电；（4）V2G模式（双向有序电能供给），在此模式下，电动汽车可以作为电能存储设备、备用电源设备等，与电网的能量管理系统通信并受其控制，实现电动汽车与电网间的能量转换（充、放电）。

我们应该用辩证的眼光看待电动汽车充电的利弊，一方面，如果合理利用和控制电动汽车充电，便可使其削峰填谷的作用得到充分发挥，给电网负荷带来积极的调节；另一方面，它给电力系统带来的负面影响同样不容小觑，其中主要体现在以下几个方面：无计划的临时性快充对电网产生短时性负荷冲击；电动汽车通过逆变向电网供电，不可避免给电网带来反向潮流、电压变化、电能质量问题和无功功率平衡问题；给电网的规划和调度运行带来新的问题，尤其是配电网规划和运行等。

一、挑战

可以预计,未来配电网用户端将接有大量的纯电动汽车电池充电负荷。电动汽车的大规模应用将对城市电网和电力基础设施产生一定的影响,如局部电网升级、谐波污染等。

1.充电负荷对电网的影响。

如果电动汽车使用者在电网用电高峰时对电动汽车蓄电池充电，不但不能对电网负荷起负荷调整作用，反而增加电网负荷，对电网造成不利影响，所以在电动汽车普及过程中应对电动汽车使用者进行正确引导。

来自中国电力新闻网的最新消息。2015年2月，我国人均发电装机历史性突破1千瓦。此前，我国总装机容量和总用电量均超过美国位居世界第一。

相关数据显示，发达国家人均装机容量在2千瓦左右，美国更是超过3千瓦。

人均用电量方面，2012年美国达到12941千瓦时，是我们的3.5倍。日本、法国等国家人均用电量均在7000千瓦时以上，接近我国2倍。

换句话说，目前我国汽车保有量约为1亿辆，假设到2030年时我国汽车保有量为3亿辆，而电动汽车为6000万辆，占其中的五分之一，每辆电动汽车充电功率为10千瓦，极端情况下同时充电,则总充电功率将达到6亿千瓦，将占2030年时电网装机总容量24亿千瓦的1/4,如果不对此加以协调并采用相关技术手段有效控制，而无序地同时充电的话，将会出现“峰上加峰”的情况，从而增大电网调峰难度，加大输配电网建设的压力，降低发电机组和电网的运行效率。因此，在智能电网建设过程中，我们应把对电动汽车充放电运行模式的研究作为一项工作重点，充分利用电动汽车作为时间上可平移负荷的特点，依靠智能电网中所支持的需求侧响应，在一定程度上削峰填谷、

平滑负荷曲线，提高设备利用效率、降低系统损耗。

2.充电设备谐波对电网的影响。

目前常用的充电设备有两种,一种是不控整流+斩波器形式,另一种是不控整流+DC/DC变换器(有高频变压器)形式。

不控整流+斩波器属于早期产品,由工频变压器、不控整流和斩波器组成,特点是直流侧电压纹波小、动态性能好、工频隔离、体积大、电网侧电流谐波大和变化效率低等。这种充电设备对电网注入的谐波电流大,5次谐波电流含有率为60%~69%,7次为40%~49%,11、13次为10%~13%,电流总畸变率达

86.2%,此类充电机谐波污染太大,不适合接入公用电网

电动汽车充电站产生的谐波主要是6k±1次谐波，如果这些谐波电流注入公用电网，将导致电网损耗增加、设备过热及寿命损失、对控制和通信电路的干扰，同时会造成电压畸变、功率因数下降，影响电网中的电能质量水平及其他用电设备的正常运行等。因此，只有正视电动汽车充电给电网带来的负面影响，采取积极的手段尽量抑制谐波进入公用电网，才能最大化保障电网的安全、经济运行。

3. 发电结构与环保

发电结构方面，在13.6亿千瓦总装机和5.55万亿千瓦时总发电量中，火电装机9.16亿千瓦（其中煤电8.3亿千瓦，占90%），年发电4.2万亿千瓦时，分别占全部装机容量的67.4%和总发电量的75.2%；水电装机3亿千瓦（含抽水蓄能2183万千瓦），年发电1万亿千瓦时，分别占全部装机容量的22.2%和总发电量的19.2%。剩余的占总装机容量10.4%和占总发电量5.6%的是风电、核电和太阳能发电。其中，并网风电9581万千瓦，年发电1563亿千瓦时；核电1988万千瓦，年发电1262亿千瓦时；并网太阳能发电2652万千瓦，年发电231亿千瓦时。可以看出，我国火电发电量（其中煤电占90%以上）仍占绝对优势地位，高出世界平均水平约28个百分点。其中美国燃煤发电量只占到40%左右，其余均为碳氢比相对更低的天然气、核电和可再生能源发电形式。并不能简单的理解为纯电动车就环保。

4. 用电结构

用电结构方面，2014年我国5.52万亿千瓦时总用电量中，工业用电比例达到73.5%左右，服务业用电和居民生活用电分别只占到12%和12.5%左右。

而美国工业用电比例仅为24%左右，服务业和生活用电比例则均达到35%左右。我国人均服务业用电量和生活用电量都只有美国的10%左右。我国地区间用电水平差距也较大，甚至还存在一定的无电地区和无电人口。所以我国目前的生活用电是远远不够的，一旦电动汽车做为耗电大户加入居民用电当中，将给目前的电网带来严重的影响.

二、机遇

目前世界各国在电动汽车接入电网(vehicle to grid，V2G)方面进行了多方面的研究：电动汽车可以看成为一个个分布式电源；电动汽车可支持大规模可再生能源接入电网；电动汽车也可进行频率调节。

在V2G模式，电动汽车可以作为电能存储设备、备用电源设备等，与电网