含電動汽車充電設施的光伏發電微電網探索

高波

摘要：隨著經濟快速發展，能源行業面臨巨大挑戰，同時也不斷迎來新機遇，在能源危機日益嚴峻的今天，積極開發和使用新能源已成為各國重要的發展使命。本文重點分析電動汽車充電站結合分布式光伏發電的應用，介紹電動汽車及分布式光伏發電的基本情況，并闡述兩者結合應用的新思路。

關鍵詞：電動汽車;光伏發電;微電網

環境污染和能源危機已成為全世界面臨的共同問題，隨著用電量的增長，環境污染、能源短缺問題日益嚴重，人們不得不對傳統大電網模式重新進行思考。為解決問題，一方面人們寄希望于提高能源利用效率，另一方面尋求化石燃料的替代品，促使了電動汽車和光伏發電產業蓬勃發展起來。但兩者在解決問題的同時，給電網負荷調配、電網穩定等方面帶來很大影響。隨著微電網發展，通過微電網模式，將光伏發電與充電站結合，實現清潔能源就地消納，減少對公用電網影響，成為解決環境污染、能源危機的新途徑，對電網發展具有重要意義。

一、電動汽車及分布式光伏發電概述

電動汽車作為新能源汽車發展方向之一，對節能環保、減少碳排放具有重要意義。近年來，在各項政策刺激下，電動汽車產業出現前所未有的“大干快上”局面[1]。但電動汽車充電設施大批量的接入對電網負荷調控、諧波控制等均有較大沖擊和影響。而分布式電源特別是光伏發電已經取得長久發展，技術也較為成熟，但因分布式電源具有分散性及不穩定性，大量分布式電源的接入也會給電網的穩定運行造成影響。

（一）電動汽車

近幾年電動汽車產業蓬勃發展，不僅歐美、日本等傳統造車業強國持續加大對投入與開發。國內也有越來越多的企業、高校和科研團隊在對此進行研究，電動汽車研發熱潮在我國不斷高漲，也促使國內電動汽車產業快速發展，目前國內相關專利已超過2000項，在電動汽車領域有一定的競爭力[1]。

2012年我國明確了以電驅動型汽車作為汽車轉型的重要發展方向，電驅動型汽車類型如表1所示。

但電動汽車大規模應用帶來充電難題，目前多以主網為單一供電源的電動汽車充電站已經在世界各地應用，但隨著充電站在配電網中滲透率不斷增大，造成電網的負荷調配難度增大。

（二）分布式光伏發電

我國光伏產業1970年才開始建設，90年代光伏產業得到一定發展，我國政府通過制定電價補貼、配額交易等政策支持光伏產業發展，2013年成功渡過“雙反”危機后，光伏產業在國內得到大力發展[2]。

光伏發電主要有集中式和分布式兩種應用形式。截止到2019年9月，我國集中式裝機容量約占總量的80.7%，而分布式電源僅占19.3%，這種比例構成與國外有較大差別，電力就地消納能力較差[2]。我國已提出“自發自用、余量上網、電網調節”的分布式發電模式，分布式光伏將是我國重點鼓勵建設的形式。

二、含電動汽車充電站的光伏發電微電網探索

（一）分布式光伏系統獨立運行設計

光伏發電通過DC/DC轉化之后，可存儲于蓄電池等儲能系統，當分布式光伏發電量充足時，光伏單元直接向電動汽車充電，若是光伏電源供應不足，則可借助儲能單元向外接續供電，電動汽車能夠獲得較為持續的充電供應[3]。但分布式光伏發電受日照等環境影響因素大，且儲能系統電池壽命有限、價格昂貴，且需配備較多儲能單元，實施成本高、可靠性差。

（二）分布式光伏系統并網運行設計

在太陽光照條件充足情況下，光伏發出的電能供給電動汽車充電、蓄電池滿電狀態維持，剩余部分可通過逆變單元及時流向0.4kV交流母線，在夜間或光照不良時，公用電網便會為充電站提供充電電能。儲能系統可以視作后備電源，在特殊時段無法進行電量供給，或遇到電網故障時，儲能系統可繼續為電動汽車充電，保證充電站的高可靠性[4][5]。

光伏充電的主要應用場景。

三、含電動汽車充電的光伏發電微電網并網運行優化思路

構建“含電動汽車充電的光伏發電微電網”發電及用電數學模型，用模糊變量表示負荷預測值并充分考慮經濟、可靠性。進一步，搭建微電網接入公共電網模型，綜合考慮對公網影響（電能質量、電壓調整）、微電網運行費用、微電網可靠性等為多目標規劃數學模型，并采用啟發式算法與遺傳算法相結合對模型求解。尋求微電網并網最優控制算法，實現系統的自動切換控制，即實現微電網的可靠性、經濟性，又減少微電網對公網影響，也為配電網規劃提供新思路。

結語

建立含光伏發電與充電站的微電網，有望充分利用兩者優勢，減少對公用電網影響，并在主網停電時孤島運行，具備高可靠性。

參考文獻

[1]以電動汽車、充電樁等互聯互通為重點我國將加快推進智能網聯汽車發展[J].電力勘測設計，2020（06）：80.

[2]李蔚.我國太陽能光伏產業發展趨勢探討[J] .電源技術，2014，33（8）：742-743.

[3]鄭偉民，任宏濤，鄧卿，孫可，王蕾，文福拴.計及引導型充電控制策略的電動汽車充電設施與配電系統協同規劃[J].電力科學與技術學報，2019，34（03）：24-36.

[4]喻恒凝，黃力，張思東，陳后全，唐超，黃云輝.分布式光伏和電動汽車接入對配電網網損和電壓偏移影響的分析研究[J].智慧電力，2020，48（01）：28-34.

[5]劉成.某市分布式光伏和充電樁并網對公共電網電能質量的影響分析[J].紅水河，2019，38（03）：48-53.

[6]裴文杰，汪沨，譚陽紅，梁芳蔚，尹健.含光伏分布式電源配電網的電動汽車充電站機會約束規劃[J].電力系統及其自動化學報，2017，29（06）：45-52.