电动汽车新能源供给方式规划研究

赖晓龙

摘要：在当前新能源不断发展的基础上，电动汽车得到了逐渐发展。本文深入研究了电动汽车新能源的供给方式规划，分析了电动汽车充电设备规划的几种因素，并且探讨了民用住宅小区接入电动汽车的供电方式。

关键词：电动汽车;新能源;供给方式;规划

引言

大力发展电动汽车已成为世界各国应对气候变化、环境污染问题和推动节能减排的一项重要措施。我国《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》明确将电动汽车列为“十二五”汽车工业发展的战略方向[1]。随着电动汽车保有量的快速增长，这种新型电力负荷带来的影响已成为许多电力研究者关注的焦点。目前，对电动汽车的电能供给方式主要包括充电和换电2大类，不同的电能供给方式对应的充电负荷具有显著区别。规模化电动汽车充电对电网影响的研究主要集中在充电站的谐波分析和抑制和充电机整流装置[2]。

1影响电动汽车充电设施规划的因素

国家电网公司筹建的首批示范电动汽车充电站，服务对象不仅是纯电动公交车，还包括未来商业化前景更大的纯电动轿车。一旦国家电网公司正式启动电动汽车充电站全国网络的建设，势必会极大地推动我国电动汽车行业的发展。目前，

我国有不少城市和地区已经开始電动汽车充电站建设，但还没有形成一套成熟的布局规划体系，更没有形成充电站的规模建设。影响电动汽车充电站布局的因素具体如下。

1.1电动汽车充电量的总体需求

电动汽车充电量的总体需求是影响充电站布局的关键因素。只有电动汽车充电总量达到一定规模之后，大规模布点充电站才可能实现经济可。

1.2电动汽车运行模式

电动汽车在不同的运行模式下，对其续驶能力和充电时间要求也不同，从而影响着充电的方式和电能的消耗，充电站建设方式和功率需求也将受到直接影响。根据不同的用户类型，电动汽车可以分为以下几类：示范区用车、集团车队、社会车辆、微型车辆。

1.3电动汽车能源供给方式

对于电动汽车能源供给方式的选择，现今普遍存在整车充电系统（包括常规充电、快速充电2种模式）和地面充电系统这2种模式。地面充电系统又称机械充电，通过电池租赁方式，直接更换电动汽车的电池组。下面对整车充电系统进行介绍：

第一，整车充电系统中的常规充电模式。蓄电池在放电终止后，应立即充电（在特殊情况下也不应超过24h），充电电流相当低，大小约为15A，这种充电方式称为常规充电（普通充电）。

第二，整车充电系统中的快速充电模式。蓄电池的常规充电模式一般时间较长，给实际使用带来许多不便。快速充电模式的出现，为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min-2h内，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150～400A。

第三，充电时间。不同运行模式的电动汽车对充电时间提出了不同的要求，而充电时间的不同需要不同的充电方式来满足。在对充电时间要求不高的情况下，可在电动汽车的停运时间利用电力低谷进行常规充电，延长车辆的续驶里程，如夜间停止运行的公交车辆、公务车、特种车辆或社会车辆等;在充电时间较为紧迫的情况下，需要采用快速充电或电池组快速更换及时实现电能补充，如出租车和在线路上运行的公务车或社会车辆等。

2民用住宅小区对电动汽车充电机的供电方式

民用住宅小区对电动汽车充电负荷的供电方式可分为2类：一是在私人停车库建设独立的充电装置，即从住户配电箱引出一回线路至停车库的专用插座来提供充电电源;二是在住宅小区的停车场内布置成组的交流充电设备，并采用链式供电方式为其提供电能。这类电动汽车充电设备对供电可靠性的要求低于独立充电装置，并且从实际情况考虑，往往不具备新建专用供电变压器的条件。因此，为电动汽车车载负荷供电的设施可以利用原有供电基础设施进行改造。方式一适用于分散的独栋式住户及别墅小区住户。

3电动汽车充电负荷特性

私家车在居民住宅小区内的独立或公共停车场停放时间较长，能够对其进行常规的慢速充电。常规充电电流一般为0.1～0.2倍率，电池从零电量充满需要5～8h。中国大部分城市还没有实施分时电价，那么可以假定用户为电动汽车充电的起始时间就是抵达自己住宅小区的时间。而且电动汽车到达小区的时间遵循一定的分布规律，此分布规律受居民的出行习惯和电动汽车的行驶里程、停放规律等因素的影响。这种电动车辆依次抵达小区的行为可以用2段泊松过程描述。

对一般的住宅小区情况而言，第1时段在下班高峰期（车辆抵达的高峰期）18：00—20：00，小区总车辆中80%以上的车辆返回;20：00—24：00为车辆抵达低峰期，剩余车辆返回。基于MATLAB中产生泊松分布的随机数方法，分别生成了2个时间段（18：00—次日2：00和20：00—次日6：00）内随机抵达的车辆数列。规模化电动汽车负荷的随机性接入对民用住宅小区供电系统的影响在夜间最为突出，此时间段对应住户的用电高峰期。此时的供电质量将直接影响居民家用电器的工作性能、使用寿命及安全性。此外，电动汽车负荷特性还受到充电功率、起始荷电状态（SOC）0及充电模式的影响。由于电动汽车用户充电习惯的不同，起始荷电状态（SOC）0是随机的。

4民用住宅小区接入电动汽车的供电方式

普通型或PFC型电动汽车车载充电机均可直接接入别墅小区原有供电系统，且满足谐波、电压偏差、三相不平衡度等电能质量指标限值。但对于多层型小区及高层型小区而言，普通型的电动汽车车载充电机直接接入小区时，原有供电系统的谐波、三相不平衡度等电能质量指标不能满足国家标准;即使所有车载充电机全部采用PFC型，能有效降低小区供电系统的谐波污染，但供电系统的三相不平衡度仍不能满足国家标准。因此，民用住宅小区接入规模化电动汽车的供电方式应该根据具体的小区类型而制定。

1）分散的独栋式住户及别墅小区生活供电系统可以同时承担电动汽车车载充电负荷和普通负荷，且对电动汽车车载充电机谐波及功率因数等指标无特殊限制。

2）多层型小区及高层型小区生活供电系统无法同时支撑电动汽车车载充电负荷的直接接入。多层型小区及高层型小区的电动汽车车载充电负荷需要配置独立的充电供电设施，其供能系统应配置专门的配电变压器（例如，630kVA，10/0.4kV），可以选用Dyn11联结方式有效阻断低压侧的3倍次谐波，并采用链式供电方式。多层型小区及高层型小区的电动汽车充电采用独立供电系统后，可以采取集中治理的措施应对充电负荷的谐波及功率因数等问题，故对电动汽车车载充电机的谐波及功率因数等指标可以不限制。

3）各小区采取上述合理的充电供能方式后，即使全部使用普通型电动汽车车载充电机充电，也能满足各住宅小区生活供电电能质量指标，以及公共连接点（PCC）的电能质量各项指标，从而，为确定电动汽车车载充电机准入基本条件提供了技术支持数据。

结语

本文针对空间分散、时域随机的电动汽车负荷，考虑不同功率变换特性的车载充电机接入典型民用住宅小区，量化分析了不同功率变换特性的车载充电机接入对住宅小区生活供电系统电能质量的影响程度;并重点研究了规模化电动汽车车载充电负荷以不同渗透率随机接入对住宅小区供电系统的冲击以及相应的住宅小区充电供电方式。下一步工作将考虑如何确定民用住宅小区供配电的整体方案及规划设计。

参考文献

[1]宫鑫，林涛，苏秉华.插电式混合电动汽车充电对配电网的影响[J].电网技术，2012，36（11）：30-35.

[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