电动汽车充电对电网的影响

电动汽车充电对电网的影响

曹际储 林欢

1 曹际储 国家电网有限公司 2 林欢 冀北博望华科科技有限公司

摘要：电动汽车作为一种新型的现代交通工具，在节能减排、建设智慧城市、缓解不可再生资源对社会发展的制约等方面比传统的燃油(气)车有更大的优势。电动汽车接入配电网对配电网的经济性、稳定性以及电能质量有着重要影响。基于IEEE33节点系统，分析了电动汽车接入对电网损耗、电能质量和电压稳定性的影响，验证了本文的结论。研究结果表明，随着电动汽车充电站接入容量的增加，系统经济性、电压稳定性、电压质量都逐渐下降，离电源越近，系统电压稳定性和电压质量也越好。

关键词：电动汽车；电压稳定；网损；电压偏移

引言

伴随着全球经济的快速发展和人口的不断增长，人们越来越关注传统一次能源对环境的污染，不仅包括雾霾、光化学烟雾、酸雨等，空气中二氧化碳含量的增加也会使全球气候发生不可预测的变化。所以，以电能为主的二次清洁能源越来越受到重视。电动车是一种典型的新能源，由于其污染小、排放少等优点，正逐渐成为人们的主要交通工具。但是，由于电池容量不足、电池技术发展缓慢等原因，电动车不能满足长距离行驶的要求，因此需要建设大量的充电站，以保证电动汽车长时间运行。大容量的充电站接入电网会给电网带来一定影响，甚至影响到电能质量的正常运行。所以，分析研究电动汽车充电站对城市配电网的影响，提出相应的优化设计策略具有重要意义。

1电动汽车充电设备简介

目前，电动汽车发展势头非常迅猛。它对电力系统的规划设计、运行效率、管理手段、电力市场营销等方面的影响是不同的。考虑到电动车充放电行为的随机性，将其作为充电负荷接入电网，将对电力系统的运行和控制带来正负两方面的影响。电动汽车充电站的规划和容量设计直接影响到电动汽车的接入特性，其网损、电能质量和电压稳定性的变化不容忽视。

电能质量、网损、电压稳定一直是专家学者们关心的问题。一些电动大巴站点对电网影响不大，但随着电动车接入电网负荷的增加，其电压稳定性和网损等一系列问题不容忽视。电动汽车充电站规划对确保电网安全、优质、经济运行具有重要意义。

它主要包括可替代燃料汽车、纯电动车、燃料电池和混合动力汽车。电动汽车以其环保、清洁、节能、低维护成本等优势，已成为当代汽车发展的主要方向，也是最具潜力的交通工具。电动汽车动力装置是电动汽车行业不可缺少的重要设备，主要有DC充电器和交流充电桩两种形式。DC充电器功率大，充电时间长，体积大，主要用于大型充电站。普通的交流充电桩功率小，充电时间长，体积小，占用空间小。电动汽车有三种充电方式：定期充电、快速充电和更换电池。一般的充电时间通常超过6小时，通常是晚上下班后。快充采用大电流，司机休息时可快速充电，但瞬时负荷大，对配电网运行影响极大。

2电动汽车充电对配电网的影响

2.1影响电能质量

电动车大功率直流充电桩是利用电力电子技术、电子整流器等非线性设备，在实际使用过程中，必然会产生谐波和无功电流，从而影响供电质量。每个电力设备都有自己的额定电压值，在额定电压下工作，可保证其使用寿命。在配电网电压偏移的情况下，配电网在非额定电压下运行，从而脱离最佳电气状态。这种装置长时间运行会大大降低安全可靠性。但电动车充电站大量接入电网后，在高峰充电期间电网负荷将急剧增加，导致电压下降，不仅降低电网的稳定运行，而且在一定程度上增加了电网损耗，甚至引发各种安全事故。此外，部分电动汽车充电站具有大功率快速充电功能，对电网有很大影响，从而影响到配电网电能质量。

2.2负荷影响

大量的电动车充电会导致电力负荷急剧上升。若大型电动车在用电高峰时充电，电网负荷峰谷差将加大电网负荷。到2030年，中国电动车将达到5,000万辆。假定一辆电动车的充电功率是10 kW，当同时充电速度达到最大值时，这几台电动车可以充电5 kW。电动汽车对电网的大量无序充电可能造成电网高峰负荷，给电网带来更大的负荷困难，增加配电网压力，降低电网安全可靠性。由于电动车的日益增多，电动车充电对电网带来的负面影响也越来越突出。

2.3对配电网络的经济影响

电动车充电对电网经济性的影响主要是线损变化和变压器损耗变化。与此同时，电网充电后可能出现“峰上加峰”现象，增加了电网运行成本。试验结果表明，大量电动车进入电网会加速变压器老化，缩短变压器的使用寿命。

电动汽车给电网充电造成负荷集中增加，现有电网系统能不能提供电力，国内外都做了很多研究。结果表明，无序充电会增加电网峰值负荷，改善电网峰谷差。电动汽车白天行驶，夜间充电，不利于高峰运输。必须指出，目前城市配电网的设备容量已经得到了充分的利用，电动汽车大容量快充也是电动车充电电源选择的必然趋势。如果配电网络能承受如此大的负荷，势必增加投资，扩大城市线路走廊的难度，这些都是制约新能源发展的突出问题。

3电动汽车充电对配电网不利影响的解决策略

3.1改善配电网络供电能力

电动车充电是未来城市负荷增长的主要来源。城镇配电网容量只考虑工商业用电，而配电网供电能力已不能满足电动汽车充电用电的要求。为此，应加大配网投资，对原有线路设备进行改造，增加新线、配电变压器，提高线路及设备的供电能力，提高城外高压等级供电的供电能力。

伴随着城市配电网的发展，城市居民的用电需求得到了满足。但在电力设备中，负荷分配不均、供电能力不平衡等问题依然存在，如变压器在局部用电高峰出现过载、过闸跳闸电流等。为充分利用现有配电网的负荷接入空间，有必要对城区配电负荷现状及配电网接线方式进行统计分析。对具有较高自动化程度和较强负荷切换能力的配电网，可以以同步速率计算可能的负荷增长，并控制充电桩。

电动车充电有时间规律。大部分私家车在晚上下班后充电。当前是家庭用电高峰期，家庭用电高峰与电动汽车同时出现。在充电桩使用率不高的情况下，应通过电动汽车充电桩终端价格控制，鼓励居民在终端电价相对较低的错峰时间对电动车充电。

3.4开发智能微型网络

当前，分布式能源接入电网，尤其是分布式光伏发电，许多分布式光伏发电因不能吸收而无法接入公共电网。但是电动车充电带来的负荷增加可以解决这种不能接受的分布式光伏发电问题。将分布式发电与电动汽车电力紧密结合的智能微电网储能技术，不仅解决了集中供电和集中供电的问题，而且解决了集中供电问题。降低能源消耗是目前的当务之急。

3.5优化电能质量

电力质量的优化对于改善配电网的安全稳定运行具有重要意义。根据该模型，对配电网系统及设备进行控制、抑制、缓解、消除等控制方式，使其具有高耐压、低损耗，改善了电动汽车充电站对配电网的影响，提高了配电网电能质量。

结束语

随着国内汽车拥有量的增加，汽车为人们的出行带来了便利，但传统化石燃料汽车所带来的空气污染问题日益突出，一些国家也开始重视这一问题。德国、英国和印度都发布了淘汰燃油车的时间表，我国还在计划何时淘汰传统燃油车。全电动汽车作为主流替代车型，在续航里程和制造成本不断降低的情况下蓬勃发展。很多人已逐渐接受纯电动汽车，在国家政策的支持下，电动汽车将会得到更快的发展。充电站终端是影响电动车使用体验的重要设备。充电口的建立取决于一个强大的配电网络结构。在大数据分析的基础上，利用智能电网、微电网等先进技术，解决电力负荷分配不均、供电能力不协调等问题。但要从根本上解决新的负荷问题，必须加大投入，建立配电网，使配电网更加强大，再电气化。

参考文献：

[1]王晓伟.电动汽车行业发展对城市配电网的影响[J].电力建设，2018（6）：244．

[2刘明志.电动汽车充电设施的接入对电网稳态运行影响分析[J].电工电能新技术，2013，32（1）：71-75.