大规模电动汽车接入电网后对电力系统电压的影响

大规模电动汽车接入电网后对电力系统电压的影响

郝靖1秦泽华2季国剑3蔡裕4李远5

（1、2国网河南省电力公司开封供电公司河南开封475000；3、4、5郑州华力信息技术有限公司河南郑州450000）

摘要：在当下全球经济程度快速增长，石油生产国家残余产能不够充足加上当前国际局势动荡不安等诸多因素的影响下，传统内燃机汽车耗能高并且尾气的排放量大，无疑进一步加剧了资源和环境的问题，而电动汽车的兴起与出现则为解决相关问题提供了新的思路。电动汽车清洁污染少且噪声小，耗能少，符合节能减排的趋势。在未来，随着电动汽车数量的增多，电力系统承担的负荷压力也将越来越大，与此同时，电动汽车的充电也会引发电能质量问题，电动汽车在充电的过程中还会衍生出谐波，导致电压下降，故障电流，对电缆以及继电保护装置都可能造成不利影响。对电网的经济运行也会有一定的影响。

本文所做的工作就是主要探索电动汽车接入电网后充电会对电力系统电压产生怎样的影响（主要是电压方面）以及如何应对这种影响。本文提出了三种改善电压的措施，即实行峰谷电价、开发V2G技术以及合理选择充电的地点。峰谷电价已经在广泛地实行了，合理选择充电的地点，涉及到充电桩的选址问题，在实际的工程中也被考虑得比较多。而V2G技术则提出了一个很好的设想，为未来电动汽车的发展指明了一个方向，但是其相关理论和实践在目前还不是特别成熟，暂时无法应用到实际工程中去。

关键词：电动汽车；充电负荷；节点电压；峰谷电价；V2G技术

随着电动汽车的普及，越来越多的电动汽车投入实际使用，这些车辆接入电网无疑会给电力系统带来新的挑战。首先，数量极多的电动汽车进行充电，电力负荷会升高，如果原来的负荷高峰期和电动汽车充电负荷高峰期有所重复，将加剧当前的用电紧张情况，甚至会使电网的负荷峰值与谷值间的差值增加。另一方面，各用户的充电习惯不一致，充电规律难以摸索，车主的行为较难预测，因此这将加大电网电力供应端的调控管理难度，对整个电网系统的可靠性产生影响，与此同时电动汽车的充电也会引发电能质量问题，电动汽车在充电的过程中还会衍生出谐波，导致电压下降，故障电流，对电缆以及继电保护装置都可能造成不利影响。在电网经济运行方面，我们的主要工作是探索当电动汽车接入电网后，其对电网损耗、对变压器等电力设备的。

因此，本论文的研究意义是分析其对电网系统的负荷，电压，线损率等各方面的影响，并提出改善电能质量的措施与电动汽车充电站选址的原则。

1、大规模电动汽车接入电网对电力系统电压的影响

1.1电动汽车接入后对电力系统的影响

电动汽车接入电网对电力系统的影响是多样的，大致可分为以下4个方面：第一是对电能质量方面的影响；第二是对电网系统负荷供给与平衡的影响；第三是产生的经济方面的影响；第四是对环境（二氧化碳排放量）的影响。

（1）电动汽车充电对电网负荷供给与平衡的影响：对于电动汽车充电导致的负荷大幅度的增长，现有或规划的电网系统能否保障电力供应，研究结果表明无序充电将增加电网高峰负荷，抬高电网系统峰谷差。

（2）对电能质量的影响：电动汽车入网充电影响主要在电能质量方面，充电行为会给配电网带来电压偏移过大，电能质量下降，线损提高，配电变压器寿命下降，谐波与故障电流增加等影响。

（3）对电网经济性的影响：在对电网经济性的影响方面，当下研究主要聚焦在研究变压器的损耗上，电网线损和额外的电力系统设备投资上。越来越多的电动汽车数量将会增加变压器的损耗。

（4）对环境的影响：电动汽车接入电网会产生一些不好的影响，当然也会有好的影响，比如对环境而言将会不同程度的减少二氧化碳排放量。电动汽车入网均减少了二氧化碳的排放量。

1.2电动汽车接入后对电力系统电压的影响

高渗透率的电动汽车接入电网充电，会影响电路的节点电压，尤其是末端节点电压会严重下降，影响用户的正常用电。

2、改善大功率电动汽车接入后的系统电压的措施

2.1基于峰谷电价的智能充电

实施峰谷电价政策，引导车主尽量选择避开高峰期选择在低谷期进行充电，这样一方面可以遏制充电负荷与电网原来高峰期的叠加，另一方面也能提高用电设备在低谷期的使用率，避免设备停转，增强电力系统的运行的经济性与可靠性，保障电力供需的平衡性。峰谷电价优惠政策有效的引导用户改变充电时间，一定程度上减小了峰谷差，降低了电动汽车无序充电时在电能质量、安全性与经济性等方面给电网系统带来的不利影响，减小了电压偏移，维护了电压稳定。

2.2V2G技术

V2G技术又称电动汽车与电网互动，是指电动汽车能够被当作分布式的储能单位，既可以充电又可以进行放电，通过一定的方式辅助电网进行调控。而实现V2G的方法可以分为4种：

（1）集中式的V2G实现方法。该方法是将电动汽车集约起来，按照电网自身的供给能力控制管理区域内的电动汽车入网充放电行为。同时它将智能充电器放置在这种可实现V2G的专用停车场，而不是将智能充电器放置在电动汽车中，节约成本，降低消费者的经济支出，有助于V2G的商业推广。

（2）自治式的V2G实现方法。来自日本东京大学的YutakaOta教授等人提出了一种自主分布V2G方式，智能存储电能。这种方法的前提是电网公司有一套完善科学的实时电价制定体系，车主在了解这些电价信息后，根据自己电动汽车的剩余电量状态来选择是否接入电网放电。它的优势是灵活方便的实现充电和V2G放电，但是缺点是很难进行集中管理调度，可能会不利于V2G的商业应用。

（3）基于微网的V2G实现方法。与前两种实现方式不同，该V2G技术面对的对象不是电网，而是微网，即将电动汽车的电池连接到微网中。微网在日常生活及相关研究中的作用不可或缺，这种方式由于不是面向电网，故而比较小众。V2G技术应用在微网上，可以实现电动汽车与微网单元的良性的互动，满足相关特定微网用户的需求，因而也具有很大的意义。

（4）改换电池组的V2G实现方法。

该方式类似于集中式V2G，解决了电动汽车行驶里程、入网时间随机性大的缺陷，利于机组组合和潮流分析；但是由于站内需要保证大量的电池储备，前期需要较大的经济投资。

2.3合理选择充电地点

据根节点越近的地方充电，整个系统的电压偏移越小，故充电地点应选取距根节点近的地点。

本章介绍了三种改善方案。采用峰谷电价、V2G技术以及合理选择选择充电地点。峰谷电价优惠政策有效的引导用户改变充电时间，一定程度上减小了峰谷差，降低了电动汽车无序充电时在电能质量方面，安全性与经济性等方面给电网系统带来的不利影响，减小了电压偏移，维护了电压稳定。V2G技术可以改善电网的电能质量，提高电网系统运行的经济性与稳定性。但是V2G技术目前还不成熟，距离真正的商业实现还有很长的研究工作要做[51]。而合理选择充电地点则比较实际，易于实现。

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