电动汽车充电对配电网负荷的影响及有序控制策略探究

刘磊

文章编号：2095-6835（2016）07-0089-02

摘 要：电动汽车的规模化应用可促使电能逐渐代替传统燃料能源，从而减少燃烧石油、煤炭等产生的温室气体，并降低我国对进口石油的依赖程度。在CO2排放方面，15%以上的排放量来自于交通运输行业，因此，大力发展高效、清洁的电力能源对改善我国的能源结构、提高能源利用效率和减少大气污染有重要的意义。鉴于电动汽车广阔的发展前景，以充电问题为切入点，深入分析了规模化充电对配电网负荷的影响，总结了有序控制策略，以期为电动汽车的推广使用奠定良好的基础。

关键词：电动汽车；配电网负荷；有序控制；纯电动汽车

中图分类号：TM715 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.089

电动汽车的大范围推广必然会带来一系列新问题，其中，充电便是摆在人们面前的首要问题。因此，在不扩大当前电网规模的前提下，原有线路的容量能否有效应对新增的充电负荷，如何提高原有配电网的容纳能力，减少充电对配电网负荷造成的负面影响，这些都是电动汽车推广过程中的重点问题。

1 电动汽车充电对配电网负荷的影响

随着石油、煤炭等不可再生能源的日益紧缺，国际社会普遍意识到调整能源结构对社会发展的重要作用，电动汽车的产业化生产和规模化使用必然会对接入电网的运行状态造成一定的影响。

以往，有关电动汽车的推广研究主要集中在政策和经济领域，很少涉及其对配电网的影响。在研究电动汽车对配电网负荷的影响之前，应先分析电动汽车的充电特性和用户充电习惯。电动汽车的两大类型分别为公交车和私家车。其中，公交车的充电行为比较有规律性，行驶里程也比较固定，易于控制充电时间；私家车的充电行为比较随意，灵活性和机动性较高。目前，私家车充电受家庭充电设备的影响，一般充电功率都在3 kW以下，在理想充电状态下30 min即可充至满电。但每天的充电次数需要根据行驶里程确定，而公交车每天需要在非运营时间集中充电或在白天分散充电。私家车和公交车所采取的快充模式和慢充模式都会对电网负荷造成影响，在不增加电网容量的前提下，必然会影响原有电网的安全性和稳定性。

《中国汽车产业发展报告》中指出，电动汽车在未来20年的时间里将进入发展的关键时期，我国也将重点研制推出纯电动汽车和混合动力汽车，从而提升我国电动汽车产业的整体发展水平。电动汽车在推广使用的过程中必然会经历一段从无序充电到有序充电的过程。无序充电不仅会影响原有电力系统的运行安全，还会造成一系列的负面影响。可以预见的是，随着电动汽车的规模化生产和大范围应用，无序充电必然会导致原有配电网的峰值时间延长，进而增大电网峰值负荷。这样不仅会增大电网调峰容量的需求和电能损耗，还会降低电能质量。

2 电动汽车充电的有序控制策略

针对电动汽车充电对配电网负荷的消极影响，可采用协调充电时间或智能充电的方式解决此问题。

2.1 协调充电时间

协调充电时间是指协调各种类型电动汽车的充电时段，这一过程需要依赖高级计量系统和各种智能软、硬件的支持。此外，还需要通过政策引导的方式鼓励电动汽车用户避开充电高峰期。具体而言，可根据当前各时段的电价划分原则和具体的峰、谷时段的控制策略调控。调控电动汽车充电时段的前提是电动汽车已处于停滞或静止状态，私家车用户的下班时间集中在每日的18：00—18：30，私家车的静止时间将从这一时间段持续到第二天的6：00左右。因此，私家车用户可以在每日上午（充电低峰）进行快速充电，相关单位也可组织私家车用户在每日15：00之前利用公用充电设施慢充，从而保证其在每日下午的充电高峰到来之前完成充电。公交车的充电时段调控可参考私家车充电的方式，并根据其运行规律采用不同的调控模式加以引导。充电时段控制策略可有效转移电动汽车的充电负荷，避免其在充电高峰期重叠，从而改善配电网的负荷特性。但从另一角度分析，这种方法过于机械化，灵活性较低。

2.2 智能充电

智能充电可有效解决充电时间、充电地点等的不确定给电网调度带来的问题，从而最大限度地发挥电网集中调度的优势。在智能充电方面，本文提出了2种充电优化策略，即集中式充电控制策略和分布式充电控制策略。集中式充电控制策略的主要目的是减小充电负荷的峰谷差，从而避免配电网负荷的波动；分布式充电控制策略是指管理者借助通信技术动态检测电动汽车的充电时间、初始状态、充电功率等，并将动态更新信息与优化过程相结合，从而为电动汽车用户提供个体化的充电方案。

协调充电时间和智能充电策略的顺利实施都需要有序充电模型作为基础和保障。电动汽车具有分散性、规模化的特点，因此，管理者需要据此提出有序充电实施架构，并构建数学模型。在构建有序充电数学模型的过程中，可以借助AMPL软件。该软件是由美国贝尔实验室开发研制的用于解决过程优化问题的数学建模软件，可为管理人员提供多种数学建模语言，管理人员不仅可以使用自己熟悉的符号构建模型，还可以实现数学模型与数据文件的有效分离。虽然AMPL软件具有一定的优点，但其作为一种编译器并不能直接解答管理人员的问题，需要将数学模型文件转化为.nl文件，并通过专门的求解器求解。结合不同种类电动汽车的充电模式，可构建分层优化模型。这样不仅可使中间管理者根据电网负荷预测结果求解优化参数，且还可根据电动汽车的充电功率、充电电流等信息对接入电网的充电负荷进行优化配置，从而有序控制每台接入电网的电动汽车的充电行为。通过上述分析，可将中间管理者与充电用户之间的信息交换模式简化为图1。

GPS、地理信息系统等先进技术为构建电动汽车充电模式提供了有利条件，美国的研究人员利用充电控制软件和无线通讯设备实现了与单台电动汽车的信息通讯。这种模式不仅可以极大地满足电动汽车的充电需求，还可以实现充电优化控制的目标，充电用户和中间管理者均能从中受益，且在当前配电网的约束条件下，可改善电网的运行状态，实现负荷波动最小的目标。

3 结束语

本文主要分析了电动汽车充电对配电网负荷的影响，并从协调充电时间、进行智能充电两个角度提出了有序控制策略。这两种有序控制策略实施的基础和前提都是构建有序充电模型，这也是解决配电网负荷问题的关键。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕