黃舒寧

摘 ? 要：文章首先介紹了電動汽車規(guī)?；潆妼﹄娋W(wǎng)的影響，進而提出了電動汽車有序充電的控制策略，希望能對相關(guān)研究者提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：電動汽車;有序充電;電網(wǎng)

1 ? ?電動汽車充電負荷影響因素

為了研究電動汽車充電對電網(wǎng)的影響，需要了解負荷特性。影響電動汽車電力需求的因素主要包括：電池特性、充電模式、用戶行為習(xí)慣等，且這些充電負荷的時空具有不確定性[1]。

1.1 ?電池特性

電池是消費者重點關(guān)注的一個方面，如果本就無法預(yù)估的續(xù)航里程，再面臨車輛續(xù)航里程衰減，這樣電動汽車不僅不能滿足人們?nèi)粘Ｐ枨螅炊鴷蔀橥侠?。雖然廠家對電池給予了較長時間的質(zhì)量保證，甚至部分企業(yè)推出了電池以舊換新的前瞻式服務(wù)，但是消費者對電池衰減程度的判斷和質(zhì)量判斷都缺乏公開、透明的支持，消費者仍對電池質(zhì)量安全不放心，從而影響電動汽車的銷量。因此，有必要對電池進行簡單的了解。

燃料電池電動車價格昂貴、氫氣難以儲運、維護系統(tǒng)復(fù)雜、壽命不長，并且鉑的資源不夠利用。

太陽能電池電動車價格相對昂貴，受天氣、晝夜等光照條件影響較大，仍然需要儲能裝置，但是在能量轉(zhuǎn)化率上，國內(nèi)的一般在14%，日本的光伏材料最高可以達到22%，差距明顯。

純電動車最節(jié)省油、制造簡單、車身便宜，有資源優(yōu)勢和技術(shù)基礎(chǔ)，是未來發(fā)展的方向和主力。

鉛酸蓄電池最常用，且價格最低，中國也是鉛酸蓄電池最大生產(chǎn)國，其含污染成分少、易回收，缺點是比容小。鎳氫電池比容、壽命、充放電特性較鉛酸蓄電池好，但過充電后易形成單體電池隔板熔化問題。鎳鎘電池的大電流特性和抗過充電性較鎳氫電池好，生產(chǎn)量、可靠性較高，但存在鎘污染。鋰離子電池的比容和壽命比鎳氫電池好，電阻大，過充電和過放電狀態(tài)后會發(fā)生爆炸。

1.2 ?充電模式

電動汽車充電方式一般為快速充電方式、慢速充電方式。快速充電可以在短時間內(nèi)將電池組進行快速補電，慢速充電的電流比較小，充電時間較長，是最常規(guī)的充電方式。

快充和慢充是相對概念，一般快充為大功率直流充電，半小時可以充滿電池80%的容量，慢充指交流充電，充電過程需6～8 h。電動汽車充電快慢與充電機功率、電池充電特性和溫度等緊密相關(guān)。

短時快充適合應(yīng)急情況，充電電流大，一般為150～400 A，將對相關(guān)電力設(shè)備提出更高的要求，所以，最初的建設(shè)和運行投入成本都更高。慢充是一種實用、安全的充電方式，充電電流為10～15 A，電池充滿需要的時間約為6個多小時，初裝費用和運行維護費用較其他類低，可以有效延長電池的壽命。

1.3 ?用戶行為

用戶行為多樣性，是影響電動汽車功率需求的關(guān)鍵因素，所以在電動汽車充電負荷表現(xiàn)上就具有隨機性。由于不同用戶對電動汽車的行為習(xí)慣和行駛特性不同，更凸顯行為的不確定性。用戶行為主要包括開始充電時刻和日行駛里程，充電時間越集中，此時接入電網(wǎng)的負荷功率越大，電網(wǎng)需提供大充電功率，如果是在用電高峰時期就難以保證。日行駛里程反映了當(dāng)天耗電量，行駛里程越長，電量越低，需要充電的時間就越長。充電功率、充電開始時間和日行駛里程決定了用戶對充電功率的需求。電動汽車用EV表示，隨機抽取n輛電動汽車。

1.4 ?市場

目前，國家電網(wǎng)已建成“六縱六橫兩環(huán)”高速公路快充網(wǎng)絡(luò)，覆蓋1.4萬公里，13個省，95個城市。高速公路快充站平均間距不超過50 km，每站配備4臺直流充電樁，單臺最大功率為120 kW。為深化“互聯(lián)網(wǎng)+”充換電服務(wù)應(yīng)用，采用包括大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)，建成電動汽車車聯(lián)網(wǎng)平臺，為電動汽車客戶的充電運營商提供信息服務(wù)。這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及國家政策勢必會對市場起導(dǎo)向作用，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)，電力市場在引導(dǎo)電動汽車的有序應(yīng)用和調(diào)控充電管理方面發(fā)揮重要作用。

2 ? ?電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響

電動汽車充電對電網(wǎng)的影響集中表現(xiàn)在配電網(wǎng)方面，包括對配電網(wǎng)電能質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟運行等方面的影響。其中，對電能質(zhì)量的影響主要包括電壓偏移、諧波含量、三相不平衡等，對電網(wǎng)經(jīng)濟運行的影響主要是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗。

2.1 ?對負荷的影響

當(dāng)電動汽車發(fā)展初級階段時，數(shù)量很少，對電網(wǎng)影響并不大。但當(dāng)電動汽車迅速發(fā)展、數(shù)量成幾何增長時，勢必會造成電力系統(tǒng)負荷增加，倘若在用電高峰期接入大量電動汽車，帶來的結(jié)果就是電網(wǎng)負荷曲線峰谷差距明顯，嚴(yán)重時導(dǎo)致配電網(wǎng)過載、電壓偏低、配網(wǎng)損耗增加等問題，甚至超出配電網(wǎng)的可承受能力，影響配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。這時需要對配電網(wǎng)進行擴容，增加了配電網(wǎng)建設(shè)成本，所以應(yīng)合理規(guī)劃電網(wǎng)布局、適當(dāng)合理接入，避免由于擴容后資源沒有得到充分利用，多余的供電容量長期處于閑置狀態(tài)，這樣供電設(shè)施的利用率就大大降低了。

2.2 ?對電壓的影響

對于專用設(shè)施的用電行為來說，其峰谷差別是較為明顯的。尤其對于電動汽車充電行為，傍晚的充電峰值負荷將大大增加。當(dāng)配電網(wǎng)接入電動汽車后，流動負荷發(fā)生變化，電壓分布也發(fā)生了變化。一般而言，電動汽車的接入會使電網(wǎng)負荷增加，線路節(jié)點電壓下降，尤其末端電壓嚴(yán)重下降，此時對應(yīng)的電壓分布也隨之發(fā)生偏移，影響用戶正常用電需求。當(dāng)負荷很少時，電壓波動較小，但負荷較大時，就會引起配電網(wǎng)電壓偏移。由于電網(wǎng)電壓主要是由無功影響的，所以當(dāng)負荷持續(xù)增加時，可以考慮新增發(fā)電系統(tǒng)，抵消掉部分負荷。依據(jù)我國電網(wǎng)規(guī)定，系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，10 kV電壓等級允許的電壓偏移范圍為7%，超出允許范圍后，則要進行無功補償措施調(diào)整。

2.3 ?對網(wǎng)損的影響

因為配網(wǎng)的量大且復(fù)雜，可靠性和居民生活息息相關(guān)，所以配網(wǎng)的接線方式顯得尤為重要，配電網(wǎng)建設(shè)的網(wǎng)架和如何組織、提高可靠性和經(jīng)濟性，是必須考慮的。電動汽車充電負荷是非線性負荷，接入配網(wǎng)會產(chǎn)生諧波，造成線路或者變壓器發(fā)熱，損耗增加，影響設(shè)備使用壽命，危害電網(wǎng)安全運行。假設(shè)PTloss為T時刻線路功率損耗，PT為T時刻系統(tǒng)輸送的功率值，配電網(wǎng)的網(wǎng)損率Rpl為一天的損耗值，通過統(tǒng)計計算，可得到配電網(wǎng)的網(wǎng)損率，計算公式如下：