趙志剛

摘要：目前能源和環(huán)境是制約經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素，也是當(dāng)今全球范圍內(nèi)關(guān)注的熱點問題，汽車產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產(chǎn)物得到迅速發(fā)展，新增汽車的數(shù)量逐年加大，特別是私家車增速顯著。汽車給人們的日常交通出行帶來舒適和便捷的同時，也使能源和環(huán)境面臨危機。隨著未來電動汽車的普及，電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)充電，將對電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。文本在綜合考慮現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電動汽車滲透率情況下，針對規(guī)模化電動汽車充電與電網(wǎng)的影響進行研究，對于緩解未來規(guī)模化電動汽車充電給電網(wǎng)帶來的影響具有重要的理論和實際意義。

關(guān)鍵字：智能變電站;監(jiān)控體系;智能評估;一體化調(diào)度

0引言

我國對電動汽車領(lǐng)域的探索起步較晚。然而，在最近十年里，通過國家項目持續(xù)、大力的研發(fā)支持，我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)已取得了突破性的進展。2013年9月17日，科技部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于繼續(xù)開展新能源推廣應(yīng)用工作的通知》，通知中提出：2013至2015年，特大型城市或重點區(qū)域新能源汽車?yán)塾嬐茝V量不低于1萬輛，其他城市或區(qū)域累計推廣量不低于5000輛，政府機關(guān)、公共機構(gòu)等領(lǐng)域車輛采購要向新能源汽車傾斜，新增或更新的公交、公務(wù)、物流、環(huán)衛(wèi)車輛中新能源汽車比例不低于30%。到2019年電動汽車配套能力明顯增強，充電設(shè)施建設(shè)與新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模相適應(yīng)，滿足重點區(qū)域內(nèi)或城際間新能源汽車的運行需要。

1研究必要性

隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向。電動汽車作為新一代的交通工具，在節(jié)能減排、減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢，但是隨著未來電動汽車的普及，電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)充電，將對電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。

2電動汽車充電負(fù)荷建模

為了對電動汽車接入電網(wǎng)影響進行定量分析，或進行配電網(wǎng)規(guī)劃、定容選址、控制策略研究，首先需要有適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠肀碚鞒潆娯?fù)荷的特性。影響負(fù)荷建模的主要因素有：

1）充電方式

電動汽車充電負(fù)荷特性與其充電模式密切相關(guān)。不同的充電方式對電動汽車負(fù)荷模型會有不同的影響。按照電動汽車與電網(wǎng)的互動程度，其充電模式可分為：

集中式充電：集中式充電主要是指某個特定時段進行集中充電，主要包括電池交換站和快速充電站。

智能充電：根據(jù)是否向電網(wǎng)返送電力分為智能單向有序充電和智能雙向有序充放電模式。

2）電池特性

電池的電路模型是研究充電特性的基礎(chǔ)，動力電池組充電模式一般采用“恒流-恒壓”兩階段充電模式。綜合考慮電動汽車制造工藝，未來廣泛使用的電池是鋰電池。鋰電池的充電特性主要受充電電流、SOC、健康狀態(tài)（state of health， SOH）、循環(huán)充放電次數(shù)的影響。除此之外，環(huán)境溫度對鋰電池的容量也有很大的影響。在分析充電負(fù)荷對電力系統(tǒng)影響時，大多數(shù)的研究假設(shè)各用戶釆用相同規(guī)格型號的充電電池以簡化研究。

3）用戶行為習(xí)慣

用戶行為是影響電動汽車功率需求的關(guān)鍵因素，具有隨機性。對電動汽車產(chǎn)生影響的用戶行為主要包括開始充電時刻和日行駛里程兩個方面，用戶充電時間越集中，電網(wǎng)需提供的充電功率越大;而日行駛里程反映了用戶當(dāng)日的耗電量，在一定充電功率下，行駛里程與充電持續(xù)時間相關(guān)。對用戶行為研究和功率需求的統(tǒng)計模型建立，通常依據(jù)交通部門或統(tǒng)計部門的調(diào)查數(shù)據(jù)，或利用車載在線，全球定位系統(tǒng)（global positioning systems，GPS）、住宅區(qū)配置的信息采集器等對電動汽車行為進行跟蹤記錄。

3電動汽車接入對配電網(wǎng)的影響

電動汽車充電對輸電網(wǎng)的影響是間接的，輸電線路和變電站等容量可滿足要求，因此不作為研究重點。電動汽車大量無序、隨機充電負(fù)荷與原有峰值疊加，將形成新的負(fù)荷，對配電網(wǎng)帶來巨大影響，對配電網(wǎng)的影響，主要分為三方面：電能質(zhì)量（諧波電流、電壓偏移、電壓不平衡）電網(wǎng)經(jīng)濟性（網(wǎng)絡(luò)和變壓器功率損耗、線路及變壓器負(fù)載），安全穩(wěn)定運行（電壓波形、峰值負(fù)荷、電器設(shè)施壽命）。

4電動汽車規(guī)?；潆娍刂撇呗匝芯?/p>

電動汽車無序充電會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此研究電動汽車的充電策略非常重要。非協(xié)調(diào)的充電策略會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，而智能充電策略卻會增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最基本的充電策略是削峰填谷策略。目前國內(nèi)外研究充電控制策略主要集中在以下幾個方面：

1）基于分時分段電價的電動汽車充電策略

利用國家激勵政策和分段電價，引導(dǎo)大量用戶利用晚間低谷進行夜間充電或延遲充電，避開高峰時段，這一方法在近期可有效實現(xiàn)大量充電負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，但存在一定局限性。

2）電動汽車智能充電策略

在研究電動汽車智能充電策略時要考慮到所研究地區(qū)的電網(wǎng)和私家車行駛特性，以及充電時在時間和空間上的不確定性，結(jié)合配電網(wǎng)具體運行情況，研究電動汽車充電布點問題，以提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，使電動汽車智能充電策略更靈活更人性化，甶于輸電系統(tǒng)調(diào)度人員無法對大量的電動汽車進行調(diào)度所以比較實際的方法是采用分層分區(qū)調(diào)度方法，故需以某個優(yōu)化目標(biāo)，如用戶獲利最大、電網(wǎng)負(fù)荷變化率最小、電網(wǎng)峰值負(fù)荷最小、配電損耗最小或電壓偏移最小等作為目標(biāo)函數(shù)，同時考慮一定約束條件，最終實現(xiàn)用戶側(cè)和供電側(cè)的雙贏。

3）電動汽車充電與新能源接入相結(jié)合的控制策略研究

電動汽車因響應(yīng)了我國的節(jié)能減排政策而發(fā)展迅速。另一方面，傳統(tǒng)的化石燃料資源日益枯竭，風(fēng)能和太陽能作為較有前景的可再生能源被人們廣泛研究和利用。但同時也衍生出一些問題，首先，大規(guī)模的電動汽車入網(wǎng)充電時，會導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張，尤其會加重高峰時段的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，如何通過協(xié)調(diào)控制電動汽車的充電過程來減小其對電網(wǎng)的影響是值得研究的問題。其次，風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電入網(wǎng)時會產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動，當(dāng)大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)時，如何平抑其對電網(wǎng)造成的功率波動并提高電網(wǎng)對其的消納能力也是亟待解決的問題。結(jié)合以上兩點問題，通過引導(dǎo)電動汽車進行有序充電，能夠減少大規(guī)模無序充電對電網(wǎng)造成的沖擊，通過對充電負(fù)荷時間和數(shù)量上的控制能夠平抑風(fēng)、光等新能源對電網(wǎng)造成的波動，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)峰谷差。

5總結(jié)

本文的研究具有良好的應(yīng)用前景，填補了電網(wǎng)對未來大規(guī)模增加電動汽車充電站后對電網(wǎng)影響的適應(yīng)性研究的空白，對于緩解未來規(guī)?；妱悠嚦潆娊o電網(wǎng)帶來的影響具有重要的理論和實際意義。從一定程度上促進我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，研究過程中建立充電站負(fù)荷模型，為充電站其它方面的研究奠定理論基礎(chǔ);而有序充電控制策略的研究，能夠提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)的使用效率，并且為電網(wǎng)、電動汽車充電站與用戶之間的運營模式提供參考依據(jù)。