大容量直流充电桩集群的调峰研究

李倬凡

摘 要：随着全球能源短缺和环境污染日益严重，新能源技術逐渐深入各个领域，在对开发清洁能源多元用途的迫切需要下，我国的新能源行业也在绿色低碳的号召下取得优越性进展。水涨船高，在新能源汽车不断应用的背景下，电动汽车的使用率使加大电动汽车的电池能量密度成为了新的课题。与此相对应的，如何快速高效可靠地完成电动汽车充电加大了对大容量直流充电桩的需求，这让直流充电桩在整体电网中的总负荷功率所占比例越来越大，给电网系统调峰带来了新的挑战。

关键词：直流充电桩;电动汽车;集群控制;调峰

目前，我国正加大力度推行绿色能源的使用，这也是建设绿色工业的一种表现方式，较为明显的电力方面表现便是风力发电和光伏发电等新能源的大规模投入使用。随着可再生能源发电规模的迅速增长，二者大量并网运行，风力发电、光伏出力的间歇不可控性和反调峰特性所带来的电网稳定性问题也越发严峻，给电网的峰谷差调节带来了巨大负担，使电网的安全运行面临着巨大的挑战，同时大规模建设备用容量提高电能质量也增大了经济成本。

一、电力系统运行的特点及其调峰需求

（一）电力生产的特点

电力生产与其他产品生产不同，有其独有的特点。电力系统是一个主要由发电机，变压器，电力线路，用电设备构成的发输配用一体的系统。各个环节紧密耦合构成一个连续不可分割的有机整体，且任何环节出现问题都会对整个系统造成影响，且影响的传递极其迅速，因此及时调节工况应对各种突发状况对保证电力系统电能质量和发电可靠性具有重要意义。同时由于电能无法大量储存，实时满足供需端平衡也很重要。另外，电能质量需要严格控制，抑制谐波污染提高功率因数对电力系统稳定可靠供电具有重要价值。

（二）电力系统的负荷曲线

用户端用电负荷主要有生活用电和生产用电，这两种用电方式各有其明显的特点，受到季节气候，社会发展，国家政策等多种因素的影响。根据不同负荷的特点，大体上可将负荷曲线分解为三类，第一类曲线主要受家庭用户等小型用电设备的影响，日常中各类家用电器都可在不同程度上影响用电负荷的变化，此类曲线具有周期短，幅度小，随机性大等特点;第二类曲线主要受工业大型用电设备和大型电机的起停的影响，这类负荷主要有如高温电弧炉，轧钢机，电力牵引机车和大型变压器等冲击性负荷构成，具有幅度较大，周期较长等特点;第三类曲线主要受季节气候生产方式的影响，如夏季为用电高峰，春季为用电低谷，此类曲线体现为日负荷曲线和年负荷曲线，具有可预测等特点。运用基本的叠加原理将三类曲线相加，即可得到足够准确的负荷变化情况。

（三）电力系统的调峰需求

调峰需要足够的备用容量来维持供需平衡保证频率的稳定性，通过一些技术手段，如广泛应用的抽水蓄能厂以及枯水期水电厂等对峰谷值进行调控以实现削峰填谷的目的，另外我们可以根据各类发电厂的生产特点通过找出最佳的电源分配组合在调节负荷曲线的同时提高电力系统发输配用的经济性，以实现电网系统处于平稳、可靠，经济以及环保运行的目的。

二、大容量对直流充电桩集群的调峰

（一）大容量对直流充电桩的调峰

新能源汽车这种大容量在充电时，随时有可能中断，但是这种中断不会对汽车造成损坏，只是延长了充电时间。当新能源汽车有一定数量或者规模时，就要根据电网的调峰需求，灵活的控制新能源汽车的总充电功率，从而达到电网调峰的目的。

（二）充电桩的调峰注意事项

交流充电桩的充电功率有限，在大容量进行充电时，备用容量不足，因此参与调峰的作用有限，一定要进行确认在进行集中运行，这种情况一般建议不参与调峰。而直流充电桩可多功率（整流）模块并行，充电功率较大，可以参与调峰。当直流充电桩参与调峰的时候，还可以减轻电网的调峰压力。另外在大集群运行时，避免变压器过载。

（三）充电桩在调峰时的集中分散模式

集中控制调峰，实际方案就是将各个充电柱接入充电柱监控中心，并且采用光纤或者无线的方式进行接入，通过监控中心的调节对各个充电柱的直流电功率进行实时监控调峰。分散控制就是在控制调峰的时候，可以采用引入变压器的方式进行调峰。目的在于通过变压器的作用，或者同一中压馈线的作用，控制峰值的变化，避免调峰时相关变压器或者中压馈线的用电功率负荷过载。

（四）电池返送与调峰

一般新能源汽车的动力电池成本高，电池寿命和充放电次数又相关，不太建议电动汽车供电电池返送的方式参与调峰。而是应该通过规划进一步加强配电网的建设，从而提高电网自身的供电能力。

三、纯电动乘用车的电气参数及其对电网的影响

新能源汽车是国家重点扶持的新能源汽车的一种品类。跟随电池能量密度不断的增加，让新能源汽车的续驶里程近年来有了很大的进步。新能源汽车充电设施分为交流充电桩和直流充电桩。不同类型的充电桩都是由桩体、电气模块、计量模块等部分组成。电能汽车的行驶里程也在逐渐的提高，慢慢接近燃油汽车的应用水平，从而用电需求变大电网的负荷功率也变得越来越大。

四、总结

新能源汽车正在大规模的应用，是未来新能源政策最倡导的发展方向，随着技术的不断进步和发展，更多人群会选择新能源汽车进行购买，这样也会使新能源汽车逐渐增多，相对充电柱也要跟着增大增多，使直流充电桩的充电功率在配电层总荷功率中的占比越来越大，发电总控制调峰情况也会不断的增加。而单一直流充电桩的功率达，可达到百千瓦级，这种情况的充电功率就能实现平滑调节，但在直流充电桩的数量及总功率在配电网负荷中占比例达到一定限度时，在集群控制模式下更适合参与配电网的调峰，这样做可以让配电网更安全的运行，提供比较理想的调节手段，也促进国家在新能源上的发展。

参考文献：

[1]沈清旭.电动汽车大容量直流充电机控制系统的研发[D].吉林大学，2019.

[2]张光雷.光伏交流充电桩设计及控制策略研究[D].东北电力大学，2018.

[3]吴科.电动汽车模块化充电技术研究[D].福州大学，2017.