基于电动汽车接入对配电网运行及效益探讨

张学平（安徽省电力公司，合肥市230022）

基于电动汽车接入对配电网运行及效益探讨

张学平（安徽省电力公司，合肥市230022）

本文结合安徽地区配电网对电动汽车负荷接入配电网影响进行探讨，给出了电动汽车接入配电网的社会效益和经济效益分析，为未来电动汽车负荷接入配电网项目提供理论指导和参考。

电动汽车；配电网；负荷特性；社会效益；经济效益

引言

电动汽车产业的发展与推广是实现低碳经济、节能减排的重要途径。实际中大量的电动汽车接入配电网时，会对配电网的运行带来较大的影响[1]。同时，电动汽车充电负荷具有一定的随机性，使得配电网规划所考虑的问题更加复杂。因而，电动汽车接入配电网的研究对配电网规划具有十分重要的意义[2]。

1 电动汽车充电负荷影响因素

电动汽车充电负荷主要受电动汽车类型、能量供给模式、汽车保有量、电池特性以及电动汽车充电模式等因素影响。

常规能量供给模式又叫慢速充电模式或常规充电模式，其特点是充电持续时间较长，充电功率较小。常规能量供给模式一般采用小电流恒压或恒流的充电方式对电动汽车进行充电，充电功率较为稳定。快速能量供给模式又称应急充电或者快速充电，一般需要使用专门的直流充电机对电动汽车进行充电，其原理是以较大的电流对电动汽车进行快速短时的充电。更换电池模式简称换电池模式，即在动力电池电量即将或者己经耗尽时将其取下，换上充满电的电池组。

不同类型电动汽车应根据实际情况，选择不同能量供给模式进行充电。各供给模式的对比如表1。

表1 电动汽车能量供给模式的综合比较

2 电动汽车接入对配电网负荷特性影响

电动汽车充电负荷特性与其充电模式密切相关，按照电动汽车与电网的互动程度，其充电模式可分为：

（1）即插即充模式。根据使用者习惯，电动汽车完全可以在任何时刻接入电网进行充电，基本不考虑电网的运行特性。

（2）夜间充电模式。电动汽车在夜间特定时段进行充电，等效充电负荷缺乏与电网的互动和优化。

（3）智能单向有序充电模式。在夜间充电模式的基础上，电动汽车通过与电网的实时通信，实现其充电负荷与电网运行的协调控制，但不具备向电网反送电力的能力。

（4）智能双向有序充放电模式，又称电动汽车接入电网模式。其在V1G模式的基础上，电动汽车可作为电能存储或备用电源设备，在用电高峰时段或电网故障等紧急情况下向电网反送电力进行支援。

到2020年，预计安徽省电动汽车充换电站达到218座（其中换电站83座，充电站135座），分散充电桩达到4407个。以换电站集中在白天运行，充电站集中在夜间运行，充电桩在全天内平均运行为例，每座充换电站充电负荷0.03MW，每个充电桩充电负荷0.005MW。

由于负荷容量相对较小，电动汽车接入前后，电网负荷特性曲线基本重合。因此电动汽车对电网负荷的影响主要表现在：

（1）电动汽车的规模发展对电网来说可谓机遇与挑战并存，无序充电将对电网带来冲击，智能充电则能优化电网的运行。

（2）好地发挥电动汽车综合效益，更有利于电网的发展和运行，能大力推动智能充电的发展和应用，充分发挥电动汽车整体削峰填谷作用。

（3）采用智能V2G模式，电网的运行特性和运行效率将得到明显改善。

3 电动汽车接入对配变设备及运行的影响

电动汽车接入对电网的影响因素主要是电动汽车的普及程度、电动汽车的类型、电动汽车的充电时间、电动汽车的充电方式以及电动汽车的充电特性。

针对上述各个影响因素，电动汽车带来的影响主要表现如下：

3.1 电动汽车对系统削峰填谷的影响

随着PWM整流技术在电动汽车充放电领域的应用和发展，可以通过控制驱动信号，灵活改变电动汽车的角色，作为负荷或分布式电源。在用电高峰时，将储存在电动汽车蓄电池中的能量反馈给电网；在负荷低谷时，给蓄电池充电，相当于抽水蓄能电厂将水从低水位抽到高水位，储存电能。

3.2 电动汽车对调频服务的影响

《动力系统调度管理规程》规定，系统频率偏差不能超过0.5Hz，并要求调频电源10s内响应。由于水电厂相比火电厂启停迅速灵活，目前我国基本采用抽水蓄能电站承担调频任务。但抽水蓄能电站建站对环境要求高，并且投资较大，随着电动汽车充放电技术逐渐成熟，自动化程度相对更高，电动汽车在未来有可能代替水电站承担一定的调频服务。

3.3 电动汽车对电能质量的影响

目前，大量电动汽车接入电网的影响主要集中于谐波问题。针对充电设备带来的谐波污染，可提出以下对策：

（1）贯彻执行与谐波相关的国家标准，从总体上控制供电系统谐波水平。

（2）增加换流装置的相数，换流装置是主要的谐波源之一，当脉动数由6增加到12时，可以大大降低谐波电流有效值。

（3）增装无功补偿装置，提高系统承受谐波的能力。

（4）加装滤波装置。对谐波污染可采用就地治理的办法，在充电站（机）就地完成谐波治理工作，探索在未来充电站建设中应用绿色充电机 （充电过程中能够有效抑制谐波且功率因数较高的充电机）治理谐波。

4 电动汽车接入对配电网效益分析

4.1 社会效益

4.1.1 产业链带动效应

依托既有基础，大力发展电动汽车产业，通过示范带动效应培育电动汽车市场，拉动电动汽车产业的发展，形成完整的技术创新、市场成熟、产业发展的环链。

4.1.2 “以电代油”效益

与传统汽车相比，节能与新能源汽车节能减排效果显著。假设煤电占总发电量100%，每燃烧1L汽油排放的二氧化碳约为2.3kg，每生产1度电排放的二氧化碳约为0.87kg（供电煤耗为320g），减排效果十分明显。

4.2 经济效益

电动汽车接入对配电网带来的经济效益可根据规划远期的电量效益来评估。2015年安徽省电动汽车总规模达到1.4万辆。根据预测，到2020年总规模将达到14.2041万辆。

电动汽车的发展可给电力部门带来广阔的新增电力消费市场，经济效益将十分可观。电动汽车目前正处于大规模商业应用的前夕，电网公司应高度关注电动汽车的发展状况。

5 结论

本文主要结论如下：

（1）根据电动汽车充电要求选择最佳的充电模式，可更好地满足电动汽车接入需求。

（2）小容量的电动汽车接入对电网负荷特性影响极小。当电动汽车大量接入后，“即插即用”式的无序充电将对电网带来冲击，而采用智能V2G模式可有效改善电网的运行特性和运行效率，发挥电动汽车对电网负荷的削峰填谷作用。

（3）电动汽车的推广发展在汽车产业链发展及节能减排方面均具有良好的社会效益，同时增加全社会用电需求，加之政策的推动作用，可提高电网的经济效益。

[1]马玲玲，杨 军，付 聪，等.电动汽车充放电对电网影响研究综述[J].电力系统保护与控制，2013，41（3）：140～148.

[2]胡泽春，宋永华，徐智威.电动汽车接入电网的影响与利用[J].中国电机工程学报，2012，32（4）：1～10.

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