电动汽车对电力系统潮流及设备影响的研究与分析

曹　宇,许傲然,张　柳,曲春雨,高　阳

(沈阳工程学院 电力学院，辽宁 沈阳 100136)



电动汽车对电力系统潮流及设备影响的研究与分析

曹宇,许傲然,张柳,曲春雨,高阳

(沈阳工程学院 电力学院，辽宁 沈阳 100136)

摘要：针对可双向供电的电动汽车作为电网重要负荷建模，利用数学模型模拟出电动汽车充电与放电时对电力系统的影响。同时以辽宁某运行电动车项目的实际情况进行实验，发现电动汽车入网对中低压配电网的潮流及相关的变压设备具有不同程度的影响。通过理论建模分析结合实际相关测试，提出了电动车对电网潮流及设备的影响规律，为电力系统接纳新能源用电负荷稳定运行提供了重要参考。

关键词：需求侧管理；电动汽车；双向供电；并网运行

随着国家能源战略的转型，新能源发电、用电方式逐步成为了电力系统未来发展的方向。在新能源用电方式中，电动汽车成为未来用电量最大的新能源用电负荷。随着电动汽车的普及，电动汽车及充电站必将成为电力系统的重要负荷，其负荷特性和相应的用电管理将成为电力系统需求侧管理的重要组成部分。如何合理分配电动汽车用电的时间和方式，并利用电动汽车帮助系统稳定是目前亟待解决的问题，以双向供电方式的电动汽车为研究对象，建立模型并总结了对电力系统潮流和相关变压设备的影响规律。

1双向供电电动车原理

当考虑电动汽车双向供电功能时，在电力负荷达到高峰时电动汽车可以对电网放电从而降低电网负荷，在用电低谷时电动汽车可以作为负荷充电从而增加电网负荷，电动汽车入网可以使负荷曲线更平滑，电能的利用率更高，实现对负荷的削峰填谷。经计算，辽宁省某地区用电高峰时段电网潮流如图1所示。

图1　辽宁某地区电动汽车充放电站入网用

用电低谷时段电网潮流如图2所示。

图2　有电动车充电站的案例夏季用电低谷时段潮流

图1和图2为辽宁某全国运动会全运村，其中包括1座15个工位的电动汽车充电站，峰谷潮流图依据为该区域24 h实际数据得出。当设定220 kV进线端为负荷观测点时，对比充电站接入系统前后负荷变化如图3所示。

图3　电动汽车充电站接入电网前后日负荷曲线

图中实线为辽宁省某地区未接入电动汽车站时的负荷曲线，虚线为该地区接入电动汽车站后的负荷曲线。如图3所示，电动汽车充电站接入电网后将对电网的负荷产生影响，即可以实现削峰填谷的作用。因此采用合理的策略，电动汽车作为新的负载接入电力系统，将对系统潮流产生十分积极的作用。作为新负载接入系统，需要了解其运行原理和特性，在试点工程项目积累丰富的数据供电力企业参考，从而为负载普及做好规划，制定调度策略。当电网处于负荷较高的用电高峰时，电动汽车通过采用向电网放电方式从而平抑高峰负荷。通过电动汽车放电可以减少发电机的出力，也可以减少对备用机组的投资；当电网处于负荷较低的用电低谷时，电动汽车作为分布式负荷向电网充电，从而填补低谷负荷，通过电动汽车充放电可以提高了用电效率。未来在建设智能配电网过程中，应当重点关注作为移动储能单元的电动汽车，特别是电动汽车实现双向供电功能对于电网潮流的影响，这对电网高效、安全、稳定运行具有重要意义。

2双向供电电动车接入对低压配电变压器的影响分析

以辽宁省某处电动汽车充电站为试点，经过数据积累和实验，发现在双向供电电动汽车介入后，针对电力系统相关设备的影响主要体现在各级电网大容量变压器的电磁损耗。变压器短路产生的有功损耗为铜损，空载时有功损耗为铁损，一般以ΔP0表示。根据变压器等值电路可以有绕组支路的损耗为

ΔSCu=ΔPCu+jΔQCu

变压器励磁支路的损耗为

ΔSFe=ΔPFe+jΔQFe

图4　三绕组变压器电路原理

三绕组变压器铜损和铁损公式如下：

图5为电动车负载试点的充放电设备配置图，共15个工位，总容量为1 000 kVA。当充电站的负载即进行充放电的电动汽车数量不同，其相应的配电变压器的损耗也不同。通过数据累计分析和计算，结果如表1所示。

图5　电动汽车充放电站电路原理

表1　电动汽车数量变化时变压器损耗表　W

从表1中的数据变化规律可以得出，变压器铜损在负载由10%到40%的逐渐增加过程中，变压器铜耗增加了近170%，其原因为铜耗与负荷电流平方成正比。而铁耗与电压值有关，所以铁损变化幅度不大。表1也表明了变压器总损耗变化量是由铜耗、铁耗决定的。

设置电动汽车的充电模式，在时间段11:00-13:00、19：00-21：00、15:00-17:00内安排15个电动汽车在相应充电位进行充电，充电过程中记录高压侧电压的变化情况，如图6所示。

从图6可以看出在不同的充电机上对电动汽车进行充电时，配变高压侧的电压变化会受到充电机到配变的距离影响：当充电距离越近，配变高压侧的电压越高；充电距离越远，配变高压侧的电压越低。同时由图6还可以看出，不同的充电时间对电压变化也有着显著的影响，11:00-13:00以及19:00-21:00是用电高峰期，此时电动汽车作为电力负荷充电会使电网电压降低，由于晚上电力负荷比中午电力负荷多，用电量大，所以晚上充电比中午充电的电压变化影响较多。同样的，15:00-17:00是用电量较少时段，所以此时电动汽车的充电功率比用电高峰时段的电压变化影响较少。

图6　汽车接入量对配电变压器高压侧电压的影响

设置电动汽车的充电模式，分析计算工作时间段内不同的电动汽车接入量对配电变压器低压侧电压的影响，如图7所示。

图7　汽车接入量对配电变压器低压侧电压的影响

3结语

针对可双向供电的电动汽车作为电网重要负荷建模，利用数学模型模拟出电动汽车充电与放电时对电力系统的影响。同时以辽宁某运行电动车项目的实际情况进行实验，发现电动汽车入网对中低压配电网的潮流及相关的变压设备具有不同程度的影响。通过理论建模分析结合实际相关测试，提出了电动车对电网潮流及设备的影响规律，为电力系统接纳新能源用电负荷稳定运行提供了重要参考。

参考文献

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(责任编辑佟金锴校对张凯)

The Electric Car Research and Analysis for the Impact of the Trend of Power System

CAO Yu,XU Ao-ran,ZHANG Liu,QU Chun-yu,GAO Yang

(School of Electrical Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：With the emergence and popularity of the electric car,the future electric car charging stations as the latest load of power system,will bring challenges to power system stability,power system,demand side management.This paper points at two-way power supply of the electric car as an important load modeling of the grid,using mathematical model to simulate the electric car charging and discharging effect for power system.At the same time,we make a experiment of running electric vehicle project with the actual situation in Liaoning,and found that the electric car access have different degree of influence of low voltage distribution network and the1 related trends in pressure equipment with.This article combined with the actual tests through the theoretical modeling analysis,put forward the trends of electric vehicles for the grid and equipment,and provides an important reference for the acceptance of new energy power load in power system stable operation.

Key words：Demand side management;The electric car;Two-way power supply;Parallel operation

中图分类号：TM715

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2016)02-0135-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.009

作者简介：曹宇(1990-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生。通讯作者： 许傲然(1983-)，男，吉林通化人，讲师。

收稿日期：2015-05-26