淺析電動汽車大規模接入的并網影響及措施

郇政林

摘 要：隨著經濟的發展，溫室效應已經石油枯竭等問題日益突出。各個國家逐漸認識到傳統燃油汽車的缺點，并且開始鼓勵和發展電動汽車行業。不久的將來，電動汽車必然大規模接入電網，其作為雙向負荷和分布式電源，對配電網的影響不可忽視。

本文首先分析了時代背景，顯示了電動汽車在新能源領域具有的良好前景和巨大挑戰。接著，簡要介紹在我國的發展現狀和政策支持。隨后，從負荷增加、電網的可靠性、電能質量和經濟性等與配電網正常運行息息相關的方面展開分析，解釋了電動汽車的大規模無序接入將對配電網造成的不良影響。

接下來，把新能源發電裝置與充電樁的分布式電源特性，提出將其共同作為配電網的備用電源的方案。提出分時計價電價政策，以此將用戶充電的無序性變為有序性，從而引導電動汽車對配電網的安全運行起到良好作用。

關鍵詞：分布式電源；電能質量；電網可靠性；分時計價

一.研究背景

目前世界上的汽車主要還是以燃油車為主，傳統汽車具有低利用率、高污染的缺點。據調查，我國每年機動車氮氧化物排放占總排放的30%以上。與此同時，我國是一個缺油大國。2017年石油消耗61，000萬噸，其中進口41，957萬噸，占比68.8%.隨著化石能源的緊張，電力作為清潔能源，正受到越來越多的青睞。作為區別于上一代依靠石油作為動力的交通工具，電動汽車在節能減排方面表現優異，特別是減少氮氧化物的二氧化碳的排放，和節約寶貴的石油資源。

近些年，國外紛紛頒發政策以促進電動汽車行業的發展。歐洲各國從2010年左右就開始制定電動車發展的規劃，德國政府計劃在2030年之前消滅所有的燃油車。我國也正在融入電動汽車的巨大潮流。但是隨著大規模的汽車充電勢必會對城市的配電網的結構、運行產生巨大的影響，因此，了解電動汽車在我國的發展現狀、對配電網的影響，對智能配電網的建設具有重要意義。

二.電動汽車現有狀況及政策

2.1 電動汽車的發展現狀

在汽車發展領域，我國起步較晚，與歐美等發達國家存在著較大差距。配套設施的完善和購車成本成為車主是否想要購買電動汽車的制約性因素。配套設施滯后，目前主要由各大電網公司和能源公司興建，但是由于基礎建設投資較大，回報周期較長，所以導致其積極性不高。汽車成本高，受限于研發、量產規模化等問題，相比于傳統的燃油汽車，同等性能電動汽車價格還是比較高。

2.2 政策支持

針對以上存在的問題，我國政府也制定了相應的新能源政策：對電動車企業提供研發補貼，對購買者實施免稅政策甚至是購車補貼；在全國范圍內，尤其是在試點城市大力建設充電網絡，鋪設基礎便民設施，解決車主后顧之憂。以促進電動汽車初期市場的形成。

三.對配電網的影響

不久的將來，電動汽車大規模接入電網已是大勢所趨。電動汽車主要是作為一個交通工具，但是當大規模應用之后，可將其看做分布式電源。它們通過充電樁和電網相連，實現電能的雙向傳輸。

3.1 用電負荷增加

用電負荷與電動汽車的供能方式息息相關。一般有三種充電模式。

常規充電模式的充電速度相對較慢，其特點是功率較小，大小一般在5～10kV，時間平均在5～7小時。這種模式的初始安裝費用較低，對電網的沖擊較小，利用電網的安全運行。但是缺點在于不適合需要緊急充電的車輛，也不宜安裝在商場停車庫等人流量較大的場所。

快速充電模式一般采用直流充電機，可在1～2h內完成緊急充電。其缺點顯而易見：一方面縮短電池的使用壽命，另一方面大電流會對電網造成沖擊。

電源更換模式。指的是在蓄電池組用盡時直接更換充滿電的電池組，這樣直接保證了車輛的利用效率[1]。這種方式綜合了前兩種的優點，既保證了電網、電池的安全效用又提升了效率。但是其缺點在于：對私家車和出租車并不方便可行，目前僅適用于電動公交車。

3.2 電網可靠性

電動汽車的大規模應用不但造成負荷的大幅度增加，更表現在車主用車行為、充電時間與空間分布具有很強的不確定性。如今城市中傳統的配電網多采用無源的輻射形網絡，電動汽車充電的不確定因素將導致電網負荷的預測準確度降低。

未經引導的電動汽車充電行為將呈現自然的無序狀態，有可能會出現以下情況：在用電高峰期車主開始充電，而在用電低谷期，車主不充電，進而影響電網運行的可靠性。所以，用戶的用車和充電行為的不確定性和隨機性加大了電網的控制難度。

3.3 電能質量

電動汽車作為非線性負荷，在直-交流變換過程中必須使用很多的電力電子器件，這會造成諧波污染。諧波畸變率是電能質量一個重要的指標，大規模的接入會導致電能質量下降，使網損率增加，設備過度發熱甚至引起設備損壞。嚴重時甚至會造成線路壓降超過規定范圍和三相不平衡。

3.4 電網經濟性

在配電網網損方面，主要考慮線路的線路負載率。在負荷高峰期，研究不同線路的最大負載率。目前很多線路的最大負載率很高。重要原因在于車主在用電高峰期集中充電。線路負載率上升導致線路發熱，從而造成無謂的電能損失。

在變壓器壽命方面，對于單臺變壓器，其負載率處于一定范圍內最優，如果長時間工作在額定負荷以外時，則容易影響其使用壽命。

四.針對影響的應對措施

針對于以上提出的電動車的大規模接入對于配電網的影響，現提出以下幾種應對措施。

4.1增加新能源并網

電動車大規模接入電網帶來大量的用電負荷，如何消納這些負荷，城市需要增加新的發電設備，而新能源發電應該是今后電力系統的重點，且部分新能源技術已經趨于完善，例如風電、太陽能等。

新能源作為分布式電源，也帶來了一定問題，例如風能發電時的不確定性，將給城市電網帶來諧波污染、電壓波動等。而電動汽車的接入相當于在受電端增加了大規模的儲能裝置，而且這種儲能裝置具有隨時性、靈活性等優點。新能源不但可以解決負荷量問題，還可以與電動汽車配合，共同作為電網的備用容量，互相補償。

4.2分時計價電價

電網部門可以制定更為完善的政策來使車主的無序充電行為變得有序，從而提升電網可靠性。主要指錯峰優惠：電網部門根據城市的用電量曲線，得出用電高峰期和低谷期，提升高峰期的電價，降低低谷期的電價，鼓勵車主利用凌晨等時間進行充電，而避開傍晚的高峰期[2]。同時，引入智能充電技術，由此減輕電網負荷和避免由負荷過載而帶來的可靠性缺陷。

4.3提升電能質量

電動汽車是一種非線性負荷，為減少諧波污染，可以在出線端加裝電力濾波器或者是凈值無功發生器，可以有效的減少諧波污染和增加無功。同時，加強對車主用電在時間空間上的預測，加以政策引導，盡可能使車主做到有序充電。研究表明，有序充電可以改善電網的節點電壓水平[3]。

充電樁的合理規劃也有助于提高電能質量，應充分考慮分時計價電價政策引導下的用戶行為，對充電負荷的分布進行最大化的優化調節，與配電網進行協調，努力構建充電樁-配電網一體化。

參考文獻：

[1]連恒輝，萬凌云，劉洪，屈高強.電動汽車充放電對配電網規劃的影響[J].電力建設，2015，36（07）：33-39.

[2]段豪翔，呂林，向月.計及分時充電電價激勵的電動汽車充電站與配電網協同規劃[J].電力系統及其自動化學報，2017，29（01）：103-110.

[3]胡澤春，宋永華，徐智威，羅卓偉，占愷嶠，賈龍.電動汽車接入電網的影響與利用[J].中國電機工程學報，2012，32（04）：1-10+25.