电动汽车接入电网的影响与利用 鲁小鹏

电动汽车接入电网的影响与利用鲁小鹏

发表时间：2017-12-01T11:37:38.953Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：鲁小鹏杨建青史亚娟冯润[导读] 摘要：未来电动汽车的大规模接入，将给电力系统规划和运行带来不可忽视的影响。（国网新疆电力公司电力科学研究院）

摘要：未来电动汽车的大规模接入，将给电力系统规划和运行带来不可忽视的影响。从电动汽车充电负荷建模与仿真计算、电动汽车接入对电力系统的影响、电动汽车的充放电控制与利用3大方面，讨论电动汽车接入电网的研究现状。指出电动汽车充电负荷分析应考虑的主要因素；总结电动汽车接入对电源发展、电网运行、充电设施与配电网规划方面的影响，并分析电动汽车有序充电及与电网互动的研究现状和应用难点。最后，对今后的研究方向进行讨论。关键词：电动汽车；接入电网；影响；利用温室气体的过度排放，导致全球气候变暖趋势加剧。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。目前，插入式混合电动汽车和纯电动汽车由于具备接入电网进行电能补给的能力而得到了广泛的关注与发展。

一、电动汽车的发展给电力系统的影响（一）电动汽车接入对电源发展的要求

电动汽车充电负荷的增长需要发电侧电能供给的平衡。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、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V2G模式下，需要新增装机最小。研究结论类似：若采取有序充电，则电动汽车大规模并网对美国电网发电侧的影响很小。研究了电动汽车接入对伊利诺伊州发电组合的影响，仿真结果表明，需要新增的备用容量不大，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。另有的研究则认为，目前美国具有足够的装机容量支撑美国84%的汽车电气化。研究了在不同情景集下电动汽车接入对德国电力系统不同类型机组新增发电量的影响。（二）电动汽车接入与CO2排放

随着未来电动汽车的普及，交通运输业的碳排放将大部分转移到发电和输电环节。建立了线性近似排放模型来估计电动汽车接入电网对排放的影响，指出利用电动汽车的充放电和新能源出力配合能够有效降低排放。对德国的仿真研究结果表明，接入电动汽车后，汽车减少的CO2排放与电力系统新增发电量增加的CO2排放基本相当。中国大部分的电能来自燃煤电厂，大量电动汽车的接入能否真正实现碳排放的降低，还需要进一步研究。

（三）电动汽车接入对输电网的影响

电动汽车接入对输电网的影响是间接的。随着大量电动汽车接入，导致用电负荷的增长，而充电负荷的时空不确定性将主要对输电网安全、经济运行以及输电网规划产生影响。从电网能够承受电动汽车接入能力的角度，对目前的相关研究进行了总结。研究了电动汽车接入后对澳大利亚某城市输电网线路和变电站主要设备的影响，仿真结果表明，电动汽车的大规模接入并不会导致该城市已有输电线路和变电站的主要设备过载。

（四）电动汽车接入对配电网运行的影响

电动汽车接入对电力系统的影响主要在配电网层面。电动汽车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。目前的主要研究内容涉及配电网的电能质量、可靠性和经济运行等方面（1）对配电网电能质量的影响。

电动汽车的接入对配电网电能质量的主要影响包括电压下降，谐波污染和三相不平衡。研究了不同接入水平及不同聚集程度下电动汽车充电对英国典型低压配电网电压的影响。主要研究电动汽车充电机对配网电能质量的影响，电动汽车在深夜充电时，将成为造成电压畸变的主要设备，充电产生的谐波可能对变压器的寿命、电缆以及继电保护装置造成影响。（2）对配电网经济运行的影响。

在配网经济运行方面，主要研究电动汽车接入后对配电网网损和配电变压器寿命的影响。采用蒙特卡罗仿真方法分析在25%和50%渗透率下电动汽车充电对2个岛屿配电网网损的影响。研究了电动汽车充电对配电变压器寿命的影响，仿真结果表明，电动汽车的接入将减损配电变压器的寿命，尤其当电动汽车用户使用240V充电且不施加任何控制措施时，对变压器的负面影响将更加突出。

二、电动汽车充放电控制与利用

（一）电动汽车有序充电

有序充电控制的目标与效果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）改善配电网负荷。

选取了美国弗吉尼亚州一个城镇的典型配电网，分析在多种电动汽车接入情景下配电网的负载情况，研究结果表明，电动汽车充电会导致峰荷增长和配电变压器过载，而通过交错充电等有序充电策略能够有效地平滑负荷、消除配变过载。（2）改善电能质量和电网运行经济性。

研究结果表明，有序充电可改善电网的节点电压水平，并降低网络损耗。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。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。（3）提高配网运行可靠性。

应用SynerGEE工具分析了电动汽车充电对电网的影响。作者进行了多种充电方式、多种渗透率情形下的配网可靠性分析。研究结果表明：在高压充电且没有智能充电控制技术的情况下，系统的可靠性受到了负面影响，而智能充电技术对提高电网可靠性的作用不容忽视。

（二）实现电动汽车充放电控制与利用的讨论

对电动汽车充放电控制需要电动汽车与电网进行信息交互，交互的内容包括电动汽车的充电需求约束、停车状态、电池荷电状态等。但目前配电网的信息化程度不高，配电控制中心对于配网运行实时信息掌握不全，基于在线运行的电动汽车大规模充放电控制与利用难度较大。在控制方式方面，若采用集中式控制方式，对规模化电动汽车的充放电策略优化和双向信息交互的处理均要求较高，需要研究分层、分区的电动汽车充放电控制方式与策略，提高处理速度、降低对通信系统的要求。建立合理的市场机制是实现电动汽车充放电控制与利用的基本前提。合理的市场机制能给予电动汽车用户足够的激励，使用户愿意参与到电网的充放电控制中来，从而实现电网与用户的双赢。另一方面，在电动汽车与电网充放电实施过程中，还应当充分保护客户的信息安全和隐私。

结论

本文主要对电动汽车接入电网的影响以及电动汽车充放电控制与应用方面的研究进行了总结。对电动汽车接入电网影响的研究，可按以下2个层面开展：

第一，分析电力系统接纳电动汽车接入电网的能力，包括电源供给能力、电网传输能力和电能质量合格。第二，考虑电动汽车接入的发展场景，分析接纳电动汽车所需的电源、电网和充电设施的建设和投资。电动汽车充电设施的合理部署是电动汽车的大规模接入电网得以实现的基本保障。既要考虑不同电动汽车类型的使用和充电需求，还应考虑接入电网的成本，并与电网规划相协调。充电负荷具有等效用电小时数小、峰谷差明显的特征。电动汽车充放电控制的实施将有效降低电动汽车大规模接入给电网带来的负担，有助于电网的安全经济运行，提升电动汽车的环保价值。

参考文献：

[1]寇凌峰.电动汽车大规模接入对电网的影响分析[D].华北电力大学（北京），2011.

[2]张聪.规模化电动汽车接入电网的影响及应用相关问题研究[D].华中科技大学，2015.

[3]陈仲伟，黄来.湖南电动汽车发展及充电设施接入对配电网的影响[J].大众用电，2015（5）.

[4]陈娅.电动汽车接入配电网的可靠性及效益评估[D].重庆大学，2015.