浅析电动汽车充电对电力系统的不利影响及应对

林建军 黄 朵

（福建电力职业技术学院，福建 泉州 362000）

从目前的情况来看， 电动汽车主要是以电作为驱动力， 实现了零排放污染的目标， 相关的能源来源也比较多样， 通过发展电动汽车， 有效的解决了环境污染的问题以及能源短缺的问题。 因此， 电动汽车得到了很多国家的广泛关注， 在未来汽车的发展趋势上也占领了很大的优势。 不过， 当大力发展电动汽车行业的时候， 短期内会在一定程度上给电力系统带来一些不利的影响， 会在一定程度上影响电力系统的安全与经济运行。 所以， 对电动汽车充电对相关电力系统影响进行相关的研究分析， 并且制定一些相关的解决措施，进而化弊为利是非常有意义的。

1 电动汽车的应用意义

目前，科学技术发展的飞快，电动汽车电机具有高储密度的电池， 相关的性能也被大大的提高， 被大量的开发利用。 并且随着电动汽车的相关技术难题被解决，另外，在环境问题以及能源短缺的压力之下，相关的电动企业得到了快速的推广[3]。

首先，电动汽车的成本非常低，相对于燃油汽车，电动汽车每千米花费的成本还不到燃油汽车的三分之一。 所以，在电动汽车的投资方面，相对于燃油汽车显出了很大的优势。

其次，我国的石油储备并不是很丰富，并且大量的开采使得我国的石油储备变得匮乏， 所以电动汽车的出现给我国带来了很大的益处， 最起码保障我国的能源问题， 虽然目前还不能完全摆脱对石油的依赖，但是电动企业的出现在很大程度上减轻了相关能源的压力。

再次，对于欧洲某些国家的电力公司而言，特别是德国， 由于电力需求不足、 反常的温暖天气以及充足的风能为电网提供了丰富的风电等方面的影响， 其现货电价甚至出现了负电价， 而电动汽车的应用可以在很大程度上增加德国等国家的电力需求量， 促进了其储存和积压电力资源的使用， 因此在这些国家用电不但不需要钱， 还可以从电力公司那拿到补助。 这正是发展电动汽车对推动电力系统 （因为目前电力系统具有电能无法大量经济性储存的技术难点） 安全、 经济运行中最积极，也是最有利的影响之一。

最后，电动汽车的出现并且被广泛推广，也就是说少了汽车尾气的排放， 在很大程度上减轻了温室效应带来的影响。 另外， 电动汽车的发展还可以减少相对人口较多城市的空气污染。 总体来说， 电动汽车的开发具有很重要的现实意义。

2 电动汽车充电对电力系统的不利影响

随着我国电动汽车的数量正处于快速增长的重要时期，其用电负荷特性具有随机性、间断性、非线性等新特点，因此对电力系统的规划、建设、运行、维护等带来了一些新的问题，具体内容如下：

随着我国电动汽车数量的不断增长， 虽然在很大程度上减缓了对石油等能源带来的压力， 但是伴随而来的则是对电力能源的大量要求， 由此可能会由于大量充电汽车的充电而对电力系统造成确定性的趋势性增长负荷， 造成供用电负荷增大及扩容等问题的发生。 一般情况下，对于电动汽车充电来说，其具备着随机性和间接性的特点， 而其对电力系统的影响也主要表现在以下三个方面：

（1） 首先是对配电系统的安全性和稳定性带来一定的影响。 从目前的情况来看， 我国大多数电动车均是采用快充模式充电， 当处于用电低峰期时， 对配电系统带来的不利影响微乎其微， 甚至有利于电力系统的平稳运行， 如上述的德国负电价现象。 但是当处于用电高峰期时， 大量电动汽车的集中充电就会在很大程度上导致出现变压器等电气设备、 线路超负荷的现象， 进而造成电功率损耗以及电压偏移加大等问题的出现；

（2）其次，会导致配电系统成本的提高。 相关学者的研究表明， 当用户在处于用电高峰期时为电动汽车进行充电时，因要相应的扩容升级改造，配电系统的建设和维护成本就会相应上浮至少20%以上，而且这种增加幅度是随着用电负荷的增加而得到进一步的提升；

（3）最后，则是导致电能质量的下降。 当在用电高峰期对电动汽车等非线性电力负荷 （储能电池） 进行充电时， 会对整个电力系统带来一定的高次谐波负荷，这不仅造成了电能质量的降低（波形指标），还将造成变压器等相关设备损耗增大而造成额外的温升，影响设备及电缆的绝缘寿命， 同时还会进一步导致电压降低、电力损耗增加等问题的出现。

但在具体分析， 不同的充电模式对电力系统的影响分析有所不同。

由于电动汽车数量在不断增加，若不加引导，则无序充电将可能是常态， 发生的次数也越来越多， 这种模式会在很大程度上降低电力系统的电力负荷利用小时数， 进而造成配电系统运行效率的降低， 同时还会在很大程度上增加电网负载问题的出现几率， 较大程度改变了原有配电系统的既有负荷特点及运行模式，也将影响到整个电力系统的安全性、 稳定性与经济性。

与无需充电截然不同的是， 有序充电模式实际上就是指找用电低峰期进行大量电动汽车的充电， 这样一来可以有效平衡低峰期和高峰期的用电负荷， 提高了负荷率， 有时还能起到储能的功效， 增加了电力需求侧管理的新手段， 进而减少电力系统的建设与运营负担，这对整个社会的合理用电、科学用电、节约用电均有好处，真正起到和谐供用电。

电力系统造成一定的冲击， 进而影响到电力系统的稳定运行。

3 降低电动汽车对电力系统不利影响的应对措施

3.1 加大对电动汽车充放电技术的基础研究

相关部门需要充分的做好充电设施的规划， 相关的放电策略以及相应的电力系统的智能控制， 并且需要加大在这些方面的研究力度。 另外， 还需要分析当电动汽车在充电以及放电的时候对相关电力系统的影响， 从而制定出优化的充电以及放电的策略， 进而保证相关电力系统的安全运行。

3.2 采用电池租赁的等新型商业运营模式

目前，在各地公共交通领域，普通燃油公交车大都已被电动公交车所率先取代， 因为电动公交车可以实现集中化的管理， 它的运行规律相对明显， 负荷容易定量预测， 因此可以考虑实行电池租赁的方式作为相应的运营模式。 采用更换电池的方式来代替电动公交车直接充电， 这样的话， 在很大程度上不仅可以提高公交交通的运行效率， 还可以改善电动汽车无序充电给电力系统带来的不利影响。

3.3 改革电价制度，建立分时充电电价

电力市场的改革一直是个难题， 而分时电价是市场化的重要标志之一。作为21 世纪新能源革命的重要引领方向， 电动汽车无疑是首当其冲。 相信在不久的将来， 电动汽车将进入千家万户， 而作为家庭或个人拥有者， 人们的习惯往往难以变更， 充电的时候主要是根据自身的需求采用无序放电的形式。 因此， 为了降低无序充电给电力系统带来的直接影响， 所以，需要合理的引导相关的用户在电力系统负荷的时候进行充电， 这样的话就可以有效的避免了在电力系统峰负荷的时候充电， 另外还需要建立不同时段充电的价格。 在高峰负荷的时候充电相对比较贵， 在低谷负荷的时候充电相对比较便宜。 如果能够很好的利用充电费差价进行引导客户充电， 在很大的程度上可以减少电动汽车的充电问题对电力系统的直接影响。

4 结论

通过对大量的电动汽车的充电问题进行调控，在很大的程度上可以实现电动汽车的有序充电， 从而减少电动汽车充电对电力系统的影响。 当然， 要想实现电动汽车有序充电， 有不同方式和方法进行考虑。 如果从车主或者充电对运营商的角度进行考虑的话，主要就是充电对成本或者收益等方面进行考虑。 如果从相关的政府部门进行考虑的话， 主要就是从相应的运营模式或者优化的市场机制等方面进行考虑， 通过这些方面来对电动汽车进行大力的推广以及应用。

要想从根本上实现电动汽车的有序充电， 主要考虑的就是一个如何才能做到充电最优化的问题。 传统的优化模式主要是针对相关的确定性系统， 但是电动汽车在充电的时候是没有规律的，是无序的，因此，对有序充电的优化模型进行考虑更加适用于随机系统。根据目前的研究现状来看， 在未来对有序充电进行研究的侧重点以及需要突破点主要是以下几点。

（1） 需要对很多的实际场景以及现实约束进行考虑， 对相关的电动汽车的充电对电力系统造成的影响概率进行图形模拟。 准确的把握规律， 掌握充电时的不确定性。

（2）对电动汽车充电的影响过程进行全程模拟，准确掌握充电时候的影响过程。

（3） 相关的电力公司针对大量的电动汽车在充电的时候的相关决策以及相应的规划控制进行改善，

（4） 相关的充电站需要根据自身的地理位置以及充电的时间段进行电费的定价， 这样的话， 有利于空间以及时间方面的有序充电。

（5）每个代理商的模式都是不一样的，因此需要进一步深入的研究电动汽车的运营模式以及电动汽车的充电价格，除此之外，电动汽车在参与V2G 模式以及电动汽车在与电网进行双向的互动问题也是电动汽车在未来主要研究的一个方向。

相信电动汽车的发展对电力系统会有一定的短期困扰， 但从世界新能源发展的大趋势与电力系统本身的特殊性（电能不能大量经济性储存）来看，具有储能效益的电动汽车的发展无疑将化短期对电力系统的各种不利为巨大的有利因素 （积极推进电力系统运行模式及商业模式的改革与发展）。