規(guī)模化電動汽車充電對電力系統(tǒng)的影響

諸葛橋忠

(廣西城市職業(yè)大學，廣西 崇左 532200)

1 新能源汽車興起的背景

1.1 全球石油價格上漲

當前，全球范圍內(nèi)石油資源的儲備非常緊缺，能源稀缺問題十分嚴重，石油價格漲勢明顯。而汽車的主要燃料就是石油，所以現(xiàn)階段的實際狀況對于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特別不利，發(fā)展電動汽車勢在必行。不少汽車制造商開始將視線轉(zhuǎn)移到發(fā)展新能源汽車上，并進行大力推廣。各國也給予了一定的扶持政策，如推行相關(guān)優(yōu)惠政策，對于購買和銷售新能源汽車的人群給予一定的政府補貼。目前，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具備較好的良機[1]。

1.2 有些國家的石油儲存量低下

有些汽車消費大國的石油自給率水平原本就不高，而且石油的貯存量也在逐漸變少，所以只能減少汽車對于石油的依賴。從經(jīng)濟等各個角度出發(fā)，都必須支持發(fā)展新能源汽車，真正降低汽車對于石油的依賴，這也是當前國際能源形勢下的必然選擇。

1.3 汽車尾氣排放標準逐漸嚴格

以石油為主要燃料的汽車，它們排放出來的尾氣會嚴重影響空氣質(zhì)量，是主要的空氣污染物。面對汽車尾氣污染空氣環(huán)境這一問題，各國也制定了相當嚴格的尾氣排放標準，但這還遠遠不夠，只有開發(fā)和使用新能源汽車才可以從根本上解決問題。

2 規(guī)模化電動汽車充電對電力系統(tǒng)的影響

有關(guān)動力電池的技術(shù)正在不斷發(fā)展，這為電動汽車的研發(fā)提供了有效的技術(shù)支撐，電動汽車也因此開始逐漸走向市場。在國外，混合型動力電動汽車已經(jīng)被廣泛投放于市場，受到了人們的喜愛，消費者認為混合動力電動汽車是在較長時間內(nèi)最具可行性的新能源汽車。根據(jù)當前的市場化銷售分析，未來會有更多的新能源汽車被投放到市場，其主要動力來源就是電能，所以規(guī)模化的充電負荷會對配電網(wǎng)造成較大影響[2]。

2.1 影響電力的用電平衡

電網(wǎng)存在地域性的分配限制，當電動汽車進行大規(guī)模充電時，就會對配電網(wǎng)造成很大的用電負荷，從而影響配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在大量汽車集中式充電時，必須要重視電網(wǎng)的用電穩(wěn)定性和平衡問題。針對這一現(xiàn)象，可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)電動汽車充電問題，要對需要充電的電動汽車數(shù)量采取一定的干預措施，以免出現(xiàn)變壓器負荷過載、線路故障等問題，確保配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 影響電能質(zhì)量

電動汽車集中充電的數(shù)量和接入充電時的不同水平都會對配電網(wǎng)電壓造成影響和波動，電壓若是有了波動，就會造成電流不穩(wěn)定。當電壓過低時，電網(wǎng)的有功功率和無功功率都會變大，從而加大成本。當充電樁接入配電網(wǎng)時，要使電動汽車有序充電，特別是在高峰期時，更要避免大量汽車同時充電，否則會給電力系統(tǒng)造成很大負擔，會使片區(qū)配電網(wǎng)超負荷運載，嚴重影響用戶用電質(zhì)量和穩(wěn)定性。由于每個用戶用車的隨機性太強，所以充電時間沒辦法統(tǒng)一，這也是造成用電負荷不確定性的主要因素。如果很多電動汽車同時接入電網(wǎng)充電，就很容易超過電網(wǎng)的最大負荷，電網(wǎng)峰谷差率一旦加大，就會導致電網(wǎng)運行的效率低下、發(fā)電成本過高、區(qū)域用電緊張、配電設施負擔過重、配電網(wǎng)運行和管理難度增加。

2.3 形成諧波影響

大規(guī)模電動汽車同時充電，負荷承載過多的用電端容易出現(xiàn)諧波影響。諧波不僅會對電網(wǎng)內(nèi)潮流的計算造成一定影響，加大電網(wǎng)消耗量，還會對高壓設施造成一些額外損耗。諧波對于通信線路的影響主要可以分為靜電感應影響和電磁干擾影響。若是不對稱的電路，需要分析兩種情況。若是對稱線路，則只需要分析高次諧波的靜電感應效應。從諧波造成的不良影響可看出，充電樁帶來的動態(tài)污染和用電端導致的電網(wǎng)污染都會對整個配電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運行造成一定影響。

3 降低對電力系統(tǒng)影響的應對措施

3.1 加強對電動汽車充放電技術(shù)的研究

可以通過加強相關(guān)技術(shù)研究和采取強化智能控制手段來對電動汽車充電進行有效調(diào)整，并對充電設施進行科學規(guī)劃，以提升電力系統(tǒng)運行管理的安全穩(wěn)定性。

3.2 采用電池租賃的運營模式

電動汽車的應用普遍集中在公共交通工具上，這為通過改變商業(yè)運營模式而有效調(diào)整電動汽車的充電規(guī)律提供了可能性。電動公共交通工具通常都具有一定的運行規(guī)律，因此可利用電池租賃的模式。如通過換電池方式取代充電，不僅可節(jié)省充電時間，提升運行效率，還能在負荷低谷時進行大規(guī)模充電，有效改善用電負荷曲線，大幅提升配電系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益。

3.3 建立分時充電電價

需對不同時間段用電價格作出相應調(diào)整，通過價格引導和干預用戶充電行為來避免用戶進行無序充電，使充電更具規(guī)律性，從而減少充電對配電網(wǎng)的不利影響，用戶可結(jié)合自身實際需要來選擇充電方式。為了減少用戶隨意自主式的充電對配電網(wǎng)造成沖擊和影響，可以合理引導用戶避開用電高峰期，在負荷低谷時充電，錯開高峰負荷。可以建立分時段充電的電價，通過電價差異避免汽車充電造成配電網(wǎng)不穩(wěn)定性。

3.4 有效干預諧波現(xiàn)象

針對上述諧波污染現(xiàn)象，分析總結(jié)出如下舉措：①嚴格執(zhí)行國家規(guī)定的有關(guān)諧波的各項標準，從源頭上對諧波水平進行干預和控制。②在導致諧波的諸多因素中，換流裝置是其主要因素之一。加大換流裝置的相數(shù)，將脈動數(shù)從6增加到12，以降低諧波電流有效值。③通過優(yōu)化無功補償裝置來增強配電網(wǎng)對諧波的承受能力。④增設濾波裝置，通過就地治理的手段直接在充電站開展治理諧波工作。未來，在充電站中建設綠色充電機或許會成為一種發(fā)展趨勢，這種案例也會越來越多。借助綠色充電機能幫助電動汽車在充電的同時抑制諧波的產(chǎn)生。以武漢某電動汽車運營公司為例，該公司建設了綠色充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過集中充電的方式進行工作。充電模塊主要由功率因素校正、直流轉(zhuǎn)直流(DC/DC)兩大功能電路組成。綠色充電系統(tǒng)采取了電流平均值控制法，是利用較高功率因數(shù)的Boost單相功率因數(shù)來校正電路，這樣能夠有效提升功率，使功率因數(shù)高于0.92，使諧波畸變率低于5%。

4 結(jié)語

在環(huán)境污染嚴重、能源危機巨大的形勢下，電動汽車的推廣和使用體現(xiàn)出了重要的意義和價值，但因此造成的配電系統(tǒng)運行不平衡等問題也引起了高度重視。政府部門和技術(shù)部門會共同采取有效措施，使這一問題得到合理解決。對于純電動汽車的充電問題可以借助直流電或蓄電池的電力進行充電，這種充電方式不僅耗費成本小，還不會對環(huán)境造成太大污染，經(jīng)濟實惠與環(huán)保效益兼得。對于充電站、直流機及充電樁的建設應結(jié)合車輛行駛軌跡設在停車場、小區(qū)、超市等人口流動密集的地方，這樣能夠充分發(fā)揮土地資源的作用，提高社會效益。