電動汽車接入電網的影響與利用研究
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摘 要：作為新能源類交通技術，電動汽車因其能源利用率高、噪音小且無移動廢氣等優勢而備受關注，因其大規模接入電網的充電負荷本身具有波動性和隨機性，將在一定程度上給國家電力系統的規劃運行帶來無法估量的影響。本文主要圍繞電動汽車接入電網會對電力系統造成的影響及電動汽車對于充放電的利用與控制等方面來探討電動汽車大規模接入電網后的發展現狀，同時分析主要影響因素，最后總結出今后研發方向。
關鍵詞：電動汽車;有序充電;電力系統;電網接入
在全球變暖的形勢下，與傳統汽車相比，電動汽車在削弱人類對傳統能源的依賴及節能減排上有著無可比擬的優勢。隨著電動汽車大規模接入電網，加之大量電動汽車充電模式呈無序性，給電網經濟及安全穩定性造成巨大沖擊，使得各地對電能的補給能力備受各界關注。實際上，電動汽車的充電負荷在不同用途與運營規律下也是可控的，因而若能對電動汽車充電加以合理控制，便可在一定程度上優化電網的運行，進而促進電動汽車的發展。
1 電動汽車接入電網所存在的影響
（1）對電源發展有更高要求。在電動汽車充電負荷不斷增長的情形下，亟需發電廠所供給的電能逐漸均衡化，即要對不同充電模式下電動汽車對電網新增裝機所造成的影響進行分情景探究。經仿真發現，電動汽車充電方式與新增裝機之間有著直接性關聯，V2G模式下新增裝機需求最小，而若選用有序充電的方式，電動汽車大規模接入電網對電源發展及整個電力系統所產生的影響都會減小[1]。
（2）對輸電網的影響。需要注意的是，電動汽車大規模接入間接影響著輸電網。一方面，電動汽車大量接入電網加大了用電負荷;另一方面，輸電網的規劃、運行與安全都容易受充電負荷不確定性的影響。
（3）對CO2排放的影響。如今電動汽車逐漸普及，交通部門已將工作重心從CO2排放轉移至發電及電力傳輸等環節。據了解，國外早已針對電動汽車接入電網會對碳排放所造成的影響創建了近似排放的線性模型，同時得出通過對電動汽車充放電，并結合新能源的方式能有效減少CO2排放。此外，查閱德國所開展的仿真研究后發現，電動汽車接入電網后，電力系統新增發電量所產生的CO2量與傳統汽車所減少的CO2排放量基本相當[2]。然而就我國國情而言，電動汽車的大規模接入能否大幅度降低CO2排放仍需進一步探究。
（4）對配電網的影響。要知道，電動汽車接入電網所帶來的影響多集中于配電網層面，而電動汽車充電負荷隨機性較強，極易形成配電網運行難以確定的不利局面。當前研究內容多與配電網經濟運行、可靠性及電能質量等方面相關。
其一是對配電網經濟運行所產生的影響，主要圍繞配電網變壓器壽命及網損情況展開研究。據相關仿真研究表明，電動汽車的大規模接入會減損配電網變壓器的壽命，該影響在使用240W充電且不加以控制的情況下尤為明顯。
其二是對配電網電能質量的影響，主要包括三相不平衡、電壓下降與諧波污染。據了解，在深夜對電動汽車進行充電，將促使電壓畸變，充電時所產生諧波極易影響電纜線、變壓器壽命及繼電保護設備。另外，針對配電網三相不平衡對進行得到仿真研究表明，三相不平衡問題僅在電動汽車大規模接入的情況下才會產生，并且電動汽車充電負荷應在三相間進行合理分配[3]。
（5）電網規劃與充電設備。要充分結合電動汽車充電負荷空間與時間的分布特性來對電網進行合理規劃，同時權衡電網運行時的安全性及電網投資時的經濟性。除此之外，在對大量充電設備進行布點規劃時需綜合電動汽車車主的駕駛行為與充電行為、現有配電網與交通信息等因素，確保充電設備的合理性分布。
2 電動汽車充放電控制與利用
（1）電動汽車和電網的雙向交互（V2G）。所謂電動汽車和電網間的雙向交互，即作為分布式儲能單元的電動汽車通過充放電的形式參與至電網調控中[4]。當前我國對于V2G的探究多集中于電動汽車和電網的硬件研發、成本效益分析、控制策略及互動方式等方面。
電動汽車作為一種分布式儲能資源，能參與進電力系統的頻率調節中，與傳統調頻電源相比，電動汽車的參與大大加快了調頻速度;同時還可調節其充放電過程，讓其在系統負荷低谷時充電、高峰時放電，達成削峰填谷的目的。
此外，在知曉電價曲線的情況下，采取以電動汽車用戶利益最大化為目標的V2G優化策略，能有效降低大規模電動汽車充電的成本。而對電動汽車充放電進行優化控制，能增加用戶使用電動汽車的經濟性。
（2）電動汽車有序充電。有序充電指主要電動汽車利用可控負荷來參與電網的調控，因其能有效規避大量電動汽車充電對電力系統造成的不良影響而受到廣泛關注[4]。電動汽車有序充電多以降低對電網的影響或實現經濟性最優為控制目標，依照電網運行的狀態來綜合考慮用戶用電需求及電池性能的約束，通過控制充電功率與充電時間來協調電動汽車的充電過程。
據研究表明，電力系統節點電壓水平能通過有序充電的方式得到合理改善，同時減輕網絡損耗。此外，采用交錯充電等有序性充電策略可在一定程度上有效消除配電變壓器過載，并平滑負荷。
此外，有序充電需針對多輛較分散的電動汽車加以充電調度，但電力公司一般無法對每一輛電動汽車的充電狀態進行控制，由此可見，有序充電自身是需要結合多種代理技術來加以協調與實現的[5]。就目前而言，美國西北太平洋國家實驗室所研發的電動汽車充電掌控裝置是智能代理的典型代表，其主要配備近距無線通信板塊，可用于接收電力企業有關電價等數據。顯然電動汽車充電與智能電網代理技術相互結合，能有效錯開充電高峰期。
（3）電動汽車充放電的控制與利用。作為貫徹落實電動汽車充放電控制與利用的前提，合理的市場機制能在一定程度上激勵電動汽車用戶，促使其自愿加入電網充放電控制行動中來，形成用戶自身與電網使用雙贏的局面[6]。當然，在具體實施過程中要確保用戶的安全隱私。
除上述所說，在對電動汽車的充放電加以控制時要對電網與電動汽車間的信息進行交互，主要涵蓋電動汽車的電池荷電狀態、充電需求約束及停車狀態。但由于當下配電網的信息化結構相對較弱，控制中心無法全面掌握電網實時運行信息，因而很難控制在線運行中的電動汽車的充放電情況。若進行集中式控制，將對電動汽車雙向信息交互與充放電策略優化提出更高的要求，即要利用分層分區的充放電控制策略來降低對通信系統的要求，并進而加快處理速度。
3 結語
綜上可知，電動汽車大規模接入電網對電力系統有著較大沖擊，尤其是其無序接入會使配電網負荷加大，為研究電動汽車接入電網的影響，首先需要考察電力系統的承受能力，包括電網傳輸、電源供給等能力;其次應結合電動汽車的發展前景來對所需電網、電源及充電設備的投資加以深入分析，其中充電設備的合理化部署是實現大規模
電動汽車接入電網的基本保障。更重要的是，這需要結合電網成本及不同電動汽車的充電需求，同時協調電網規劃。
參考文獻：
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[5]黃俊輝，周昊，韓俊等.考慮車網互動的配電網可靠性評估[J].電力建設，2017，38（02）：77-83.
[6]王麒淋.電動汽車充電站對電網的影響及改善策略研究[D].河北：河北科技大學，2017.
作者簡介：龔黎軍（1986-），男，湖南岳陽人，碩士，中級工程師，研究方向：汽車運用與維修。
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