电动汽车文献综述

2.1概述

随着未来电动汽车的普及，电动汽车大规模接入电网充电，将对电力系统的运行与规划产生不可忽视的影响。目前，对于电动汽车接入电网的研究可归结为以下几个方面：

1）研究电动汽车充电负荷特性和负荷需求计算。

电动汽车充电负荷研究涉及动力电池的充电特性、电动汽车用户的用车行为、充电方式等多种因素，是研究电动汽车对电网的影响和进行充放电调控的基础。

2）研究电动汽车接入对电力系统的影响。

电动汽车大规模接入对电力系统的直接影响是导致负荷的增长。目前的研究，包括对电动汽车发展的不同场景，分析电动汽车接入对电源建设、配电网的影响，以及电动汽车充电设施规划和电网规划。

3）研究电动汽车作为储能单元的充放电控制与利用

电动汽车用动力电池可作为分布式储能单元，具有一定的可控性并能够向电网反向馈电[1]。文献主要包括电动汽车有序充电控制和电动汽车与电网互动（V2G，vehicle to grid）方面。其中，动汽车与电网互动（V2G，vehicle to grid）主要包括削峰填谷和调频等。

2.2电动汽车充电负荷

1)电动汽车动力电池特性

动力电池作为连接电动汽车和电网的元件，其建模是研究充电负荷的基础。对动力电池的建模，在研究不同问题时，做一定程度的近似或简化。

基于对电池比能量、效率、比功率等方面的对比得出结论，文献[2] 得出结论，锂离子电池具备最佳的综合性能。文献[3-4]研究了动力电池的几种常用的电路模型，各种模型在精确性和复杂性上各有优劣。动力电池一般采用“先恒流、再恒压”的方式进行充电，恒流充电时间相对较长，在此期间电池端电压变化幅度很小。在分析电动汽车队配网影响时，也有采用恒功率负荷模型，如文献[5]将充电负荷作为恒功率负荷。

2）电动汽车运动规律

国内对于电动汽车运动规律的研究一般结合中国电动汽车发展路线，将电动汽车分为公交车、公务车、出租车和私家车4类。不同种类电动汽车的用户用车行为和充电行为差别较大。文献[6] 结合中国国内的实际情况对上述4 类电动汽车的充电时间进行了调研，采用蒙特卡罗模拟的方法对电动汽车充电负荷分布特性进行了分析。并概括了中国电动汽车的发展规划，分为2010—2015年（公交车、出租车、公务车示范运营）、2016—2020年（公交车、出租车、公务车规模化发展，少量私家车）、2021—2030年（私家车大规模发展）三个阶段。文献[7]从充电汽车电池的初始荷电状态(initial state-of-charge ，SOC0)和车辆到达充电站时间的随机分布为出发点，提出2阶段泊松分布的电动汽车充电站集聚模型进行充电站集聚特性的模拟，并提出基于充电站的日充电负荷曲线的电动汽车充电站负荷集聚模型的建模方法。

国外对电动汽车运动规律的研究偏重于研究用户驾驶行为,一般基于用户用

车行为来分析用户的电动汽车充电时间和空间分布，并对充电负荷进行统计或预测。文献[8] 采用的方法是利用在用户车上安装的GPS 仪器，对76个用户对进行跟踪调查，研究电动汽车用户的驾驶行为，记录每天离家和回家的时间以及行驶的距离数据，提出了一种基于条件概率的预测模型。

3)电动汽车电能补充方式

目前的电动汽车充电方式主要有充电和换电两种。国际电工委员会和美国汽车工程师学会等组织也制定了IEC 62196标准，包括4 种充电模式，并在进一步地完善[9]。中国于2011 年12月发布了电动汽车充电接口和通信协议4 项国家标准，规定了通过传导方式充电的标准充电电压和电流。2011年1月国家电网公司确定了“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”的电动汽车服务网络发展策略，推出充电设施标准。

2.3电动汽车接入对电力系统的影响

1）电动汽车接入对电源建设的影响

电动汽车大规模接入对电力系统的直接影响是导致负荷的增长，因此电源容量是否能满足电动汽车大规模发展的必须得到保障。

文献[10] 分情景集研究电动汽车在不同充电方式( 无序、家庭充电、谷荷充电、双向V2G)下对电网不同类型新增装机的影响。通过仿真发现，新增装机与电动汽车的充电方式直接相关，在双向V2G模式下，需要新增装机最小。文献[11] 研究则认为，在美国大部分地区供应电动汽车充电负荷的电源为燃气机组,目前美国具有足够的装机容量支撑美国84% 的汽车电气化, 需要新增的备用容量不大。

2)电动汽车接入对配电网的影响

电动汽车充电不仅会影响配电网的负荷平衡，而且会给配电网带来其它问题。电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区的负荷紧张；电动汽车充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。

文献[12] 描述了充电负荷较常规负荷具有时空随机性强的特点，给配电网运行带来了更多的不确定性。文献[13] 利用蓄电池充电特性建立了电动汽车的随机充电模型，在确定充电电动车数量的前提下假设一定区间内电动汽车在充电数量和充电时间均服从正态分布，这样就得到电网负荷曲线的调节曲线。分析得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。

另外，电动汽车对配电网的电能质量和经济性也会带来影响[1]，如下图所示。

图1 电动汽车接入对配网的影响

3）电动汽车充电设施规划

电动汽车充电设施的规划，需要充分考虑电动汽车充电负荷的时间和空间分布，权衡电网投资的经济性和电网运行的安全性。另外，未来大量充电设施如交流充电桩、充电站与换电池站布点规划的过程中，应综合考虑电动汽车车主驾驶行为、充电行为以及交通信息与现有配电网信息，实现充电设施在电网中的合理分布[1]。

文献[14] 指出电动汽车充电站布局包括“需求”和“可能性”2 个因素，衡量充电站需求的主要指标是交通量与服务半径 2 个要素，决定可能性与否关键在于交通、环保及区域配电能力等外部环境条件与该地区的建设规划和路网规划,并且充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现以及电动汽车的发展趋势。文献[15] 提出了以投资和运行成本最小为目标，在满足电动汽车用户充电需求的前提下，协调配电网扩展规划与充电站布局的方法。文献[16]还指出充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现状以及电动汽车的发展趋势。换电站充电为电力系统的重要储能环节，与新能源发电相结合[17]。文献[18] 建立了电动汽车–风电协同调度的优化模型，以中国区域电网为例，分析了调度电动汽车充电以平滑电网等效负荷波动、消纳夜间过剩风电的可行性。

2.3电动汽车充放电控制与利用

1）电动汽车有序充电

有序充电指电动汽车以可控负荷的形式参与电网调控，其作为有效规避电动汽车大规模充电对电网造成负面影响的重要手段受到了广泛关注。电动汽车有序充电控制根据电网的运行状态，一般以经济性最优或对电网的影响最小为目标，综合考虑电池性能约束与用户充电需求，协调电动汽车充电过程，控制的手段为充电时间和充电功率的大小[1]。

文献[19] 基于已有配电网络和常规用电约束，优化电动汽车大规模接入情况下的充电功率，使之能最大限度地利用已有配电网，提高配网运行的经济性。文献[20]以网损和充电成本最小为目标，基于网损灵敏度选择优先充电的电动汽车，提出了电动汽车实时有序充电控制策略，该策略可有效降低配电网的网损，并改善配电网的节点电压波形。

文献[21] 建立了基于二次规划和动态规划2 种方法的有序充电模型来评估多情景下电动汽车充电对配电网的影响。文中考虑了负荷预测的误差，比较了在无电动汽车接入、电动汽车无序充电和有序充电3 种情景下配电网网损的大小。仿真结果表明，电动汽车无序充电时配电网网损增加显著，有序充电时网损则增