探讨电动汽车充放电对电网的影响

探讨电动汽车充放电对电网的影响

张燕

（国网山西省电力公司曲沃县供电公司山西省临汾市曲沃县043400）

摘要：在能源紧缺的现状下，电动汽车应运而生，并且受到越来越广泛的关注，各国政府针对电动汽车的研发、运营和基础设施建设先后制定了一系列政策，推广电动汽车的使用。我国各大电网公司在其发展规划中也强调了大力发展电动汽车的重要性，并在相关技术研究如电动汽车充放电特性与建模方法、充放电装置的规划与建立、电动汽车与间歇性可再生能源的协调调度和制定统一可靠高效的通信接口机制等方面提供了相应的人力和经济支持。然而大规模电动汽车的使用将会给电网的规划、运行等带来巨大的挑战，电动汽车的接入将会影响到电网的电压水平、潮流分布、电源容量、电能质量等。本文在分析了电动汽车充电设备及充放电特性的基础上，综述了电动汽车充放电对电网的影响。

关键词：电动汽车；电网；充放电；影响

1电动汽车充电设备及充放电特性

1.1电动汽车充电设备类型及特性

电动汽车充电设备是维持电动汽车正常运转的必要条件和电动汽车产业链中重要的基础设施，也是建设坚强智能电网的重要内容。电动汽车充电设备主要包括充电站及其附属设施，如充电机、充电站监护系统、配电室以及安全防护设施等。电动汽车充电机按安装方式不同可分为车载式和非车载式两种，分别采用相应的充电方式完成对车载蓄电池充电的功能。车载充电机安装在电动汽车内部；非车载充电机安装在电动汽车外，与交流电网连接，并为电动汽车动力电池提供直流电能。现阶段电动汽车充电机根据各变换环节采用的方式不同，主要包括三种方式：（1）不控整流+斩波器；（2）不控整流+DC／DC变换器（有高频变压器）；（3）PWM整流+DC／DC变换器（有高频变压器）。

1.2电动汽车充电特性

电动汽车充电特性通常包含充电电流、电压降落及充电时间等几个方面。电动汽车电池有常规充电、快速充电和机械充电三种充电模式。常规充电利用电力低谷时段进行充电，为交流充电，一般包括恒流充电、恒压充电和阶段充电三种充电方法，常规充电效率较高，但充电时间过长。快速充电需利用专门配置的充电机对电动车电池进行充电，其充电时间短，可以大容量充电，满足电动汽车的紧急充电需求，但充电电流较大，充电效率较低，充电时会对配电网产生一定的冲击，同时大电流充电对电池寿命有影响。机械充电直接更换电动汽车的电池组，对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，解决了充电时间、蓄存电荷量、续驶里程长等难题，降低了充电成本。

1.3电能质量

电动汽车的接入使用增加了相应的充电设备，其中也包括大量高度非线性的电力电子装置，当充电机对电动汽车充电时，直流电流在交流三相之间不断地换相时会产生谐波，进而对配电网系统的电能质量产生影响，如功率损耗、电压偏差、频率等。

1.4环境影响

电动汽车接入电网充电也会影响电网及城市的环境。相关文献表明，通过在加拿大新斯科舍省推广应用电动汽车，不仅可以增强电网的可靠性，还能够减少有害气体的排放，同时可以促进该城市的可再生能源的应用。插入式电动汽车相对于传统汽车在环境和能量安全方面有优势，但随着电动汽车的大量接入，电动汽车入网也会对电网产生一系列的挑战，如增加电网投资、能量损失等。

2电动汽车充放电对配电网的影响

2.1随机性的快速充电对电网负荷的冲击

随着电动汽车技术的不断成熟，电动汽车将会大规模的进人人民生活。如果采用100A以上的快速充电为电动汽车进行随机的电能补充，单车的快速充电功率将达到数百千瓦以上。假若在某一时刻多个快速充电行为同时进行，将会对当地的配电网产生极大的功率冲击，引起该地区配电网的局部过负荷问题，对电网造成不利影响。所以在电动汽车普及过程中应对电动汽车使用者进行正确引导，合理安排充电时间。随着储能技术的发展，可以考虑将储能充电站在低谷时段存储的电能为电动汽车提供临时性的电能快速补充，既能满足电动汽车的充电需求，又可避免快速充电对电网带来的负荷冲击。

2.2对电能质量的影响

由于电动汽车采用电力电子型设备进行双向变流充放电操作，易产生谐波，造成谐波污染，给电网带来电能质量问题，需要对电动汽车充放电设备的谐波等技术指标进行严格控制。针对充电设备带来的谐波污染等问题，可以总结出以下对策：（1）贯彻执行与谐波相关的国家标准，从总体上控制供电系统谐波水平。（2）增加换流装置的相数，换流装置是主要的谐波源之一，当脉动数由6增加到12时，可以大大降低谐波电流有效值。（3）增装无功补偿装置，提高系统承受谐波的能力。（4）加装滤波装置。对谐波污染可采用就地治理的办法，在充电站就地完成谐波治理工作，未来的充电站建设可能越来越多地应用绿色充电机（充电过程中能够有效抑制谐波且功率因数较高的充电机）治理谐波。

2.3对电网规划的影响

电动汽车普及以后，在每天的负荷高峰时段，电动汽车车载电池存储的能量将作为分布式电源按电网需求向配电网供电，由于电动汽车的数量巨大，且具有移动性和分散性的特点，因此电动汽车充放电设施将对电网规划中的配电容量设置、配电线路选型等产生巨大影响。配电网规划变得较为困难，主要表现为：电动汽车随机性地接入电网充电会影响系统的负荷预测，使原有的配电系统的规划面临更大的不确定性，难以确定后期的系统规划。

2.4对配电网调度和继电保护的影响

传统配电网的受端是无源的辐射状电网，其信息采集、配电调度等相对比较简单，但未来电动汽车的车载电池将承载智能电网移动储能单元的功能，不利于调度员的准确的负荷预测，配电的调度过程也会复杂化，增加了监控与调度的难度。同时，由于电动汽车能够实现能量在车载电池与电网之间的转换，将使得传统辐射状供电模式的配电网发生根本性变化，潮流不再单向地从变电站母线流向用户负荷，配电网各种保护定值与机理也将随之发生变化。继电保护的设计也将因此变得较为复杂，配合不好将会导致保护误动，降低可靠性。

2.5对配电设备的影响

电动汽车的大规模使用，充放电的随机性将引起负荷的瞬变，给配电容量配置、配电线路选型、继电保护配合等带来了很大困难，直接影响配电设备使用的经济性、安全性和寿命。为满足充电高峰时短时间的充电功率需求，需要配置高等级的配电容量，而在充电需求低谷时，会因配电设备的利用效率不高，造成资源浪费。

2.6对电网交易的影响

电动汽车不仅可以从电网获得能量补给，还能向电网供电，起到提供调峰、调频、负荷响应等辅助服务的功能，因此电网与电动汽车交易模式将由单向变成双向，由简单变复杂，需要更加先进、智能的电力市场交易技术来支撑。

3结束语

随着电动汽车的大量使用，其充电行为的不确定性给电力系统带来了不同程度的影响，包括配电网网损的增加、电力变压器过负荷、节点电压偏移、谐波电流流入电网等，同时对电源容量和电能质量也提出了新的要求。另一方面，电动汽车作为一种新型负荷，通过合理有效的调度方案可以实现削峰填谷、频率调节、与新能源协调运行等功能，对于电网的安全稳定运行有所帮助。

参考文献：

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[2]电动汽车充电对配电网的影响及对策[J].李惠玲，白晓民.电力系统自动化.2011（17）

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