电动汽车接入电网的影响与利用研究
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摘 要：作为新能源类交通技术，电动汽车因其能源利用率高、噪音小且无移动废气等优势而备受关注，因其大规模接入电网的充电负荷本身具有波动性和随机性，将在一定程度上给国家电力系统的规划运行带来无法估量的影响。本文主要围绕电动汽车接入电网会对电力系统造成的影响及电动汽车对于充放电的利用与控制等方面来探讨电动汽车大规模接入电网后的发展现状，同时分析主要影响因素，最后总结出今后研发方向。
关键词：电动汽车;有序充电;电力系统;电网接入
在全球变暖的形势下，与传统汽车相比，电动汽车在削弱人类对传统能源的依赖及节能减排上有着无可比拟的优势。随着电动汽车大规模接入电网，加之大量电动汽车充電模式呈无序性，给电网经济及安全稳定性造成巨大冲击，使得各地对电能的补给能力备受各界关注。实际上，电动汽车的充电负荷在不同用途与运营规律下也是可控的，因而若能对电动汽车充电加以合理控制，便可在一定程度上优化电网的运行，进而促进电动汽车的发展。
1 电动汽车接入电网所存在的影响
（1）对电源发展有更高要求。在电动汽车充电负荷不断增长的情形下，亟需发电厂所供给的电能逐渐均衡化，即要对不同充电模式下电动汽车对电网新增装机所造成的影响进行分情景探究。经仿真发现，电动汽车充电方式与新增装机之间有着直接性关联，V2G模式下新增装机需求最小，而若选用有序充电的方式，电动汽车大规模接入电网对电源发展及整个电力系统所产生的影响都会减小[1]。
（2）对输电网的影响。需要注意的是，电动汽车大规模接入间接影响着输电网。一方面，电动汽车大量接入电网加大了用电负荷;另一方面，输电网的规划、运行与安全都容易受充电负荷不确定性的影响。
（3）对CO2排放的影响。如今电动汽车逐渐普及，交通部门已将工作重心从CO2排放转移至发电及电力传输等环节。据了解，国外早已针对电动汽车接入电网会对碳排放所造成的影响创建了近似排放的线性模型，同时得出通过对电动汽车充放电，并结合新能源的方式能有效减少CO2排放。此外，查阅德国所开展的仿真研究后发现，电动汽车接入电网后，电力系统新增发电量所产生的CO2量与传统汽车所减少的CO2排放量基本相当[2]。然而就我国国情而言，电动汽车的大规模接入能否大幅度降低CO2排放仍需进一步探究。
（4）对配电网的影响。要知道，电动汽车接入电网所带来的影响多集中于配电网层面，而电动汽车充电负荷随机性较强，极易形成配电网运行难以确定的不利局面。当前研究内容多与配电网经济运行、可靠性及电能质量等方面相关。
其一是对配电网经济运行所产生的影响，主要围绕配电网变压器寿命及网损情况展开研究。据相关仿真研究表明，电动汽车的大规模接入会减损配电网变压器的寿命，该影响在使用240W充电且不加以控制的情况下尤为明显。
其二是对配电网电能质量的影响，主要包括三相不平衡、电压下降与谐波污染。据了解，在深夜对电动汽车进行充电，将促使电压畸变，充电时所产生谐波极易影响电缆线、变压器寿命及继电保护设备。另外，针对配电网三相不平衡对进行得到仿真研究表明，三相不平衡问题仅在电动汽车大规模接入的情况下才会产生，并且电动汽车充电负荷应在三相间进行合理分配[3]。
（5）电网规划与充电设备。要充分结合电动汽车充电负荷空间与时间的分布特性来对电网进行合理规划，同时权衡电网运行时的安全性及电网投资时的经济性。除此之外，在对大量充电设备进行布点规划时需综合电动汽车车主的驾驶行为与充电行为、现有配电网与交通信息等因素，确保充电设备的合理性分布。
2 电动汽车充放电控制与利用
（1）电动汽车和电网的双向交互（V2G）。所谓电动汽车和电网间的双向交互，即作为分布式储能单元的电动汽车通过充放电的形式参与至电网调控中[4]。当前我国对于V2G的探究多集中于电动汽车和电网的硬件研发、成本效益分析、控制策略及互动方式等方面。
电动汽车作为一种分布式储能资源，能参与进电力系统的频率调节中，与传统调频电源相比，电动汽车的参与大大加快了调频速度;同时还可调节其充放电过程，让其在系统负荷低谷时充电、高峰时放电，达成削峰填谷的目的。
此外，在知晓电价曲线的情况下，采取以电动汽车用户利益最大化为目标的V2G优化策略，能有效降低大规模电动汽车充电的成本。而对电动汽车充放电进行优化控制，能增加用户使用电动汽车的经济性。
（2）电动汽车有序充电。有序充电指主要电动汽车利用可控负荷来参与电网的调控，因其能有效规避大量电动汽车充电对电力系统造成的不良影响而受到广泛关注[4]。电动汽车有序充电多以降低对电网的影响或实现经济性最优为控制目标，依照电网运行的状态来综合考虑用户用电需求及电池性能的约束，通过控制充电功率与充电时间来协调电动汽车的充电过程。
据研究表明，电力系统节点电压水平能通过有序充电的方式得到合理改善，同时减轻网络损耗。此外，采用交错充电等有序性充电策略可在一定程度上有效消除配电变压器过载，并平滑负荷。
此外，有序充电需针对多辆较分散的电动汽车加以充电调度，但电力公司一般无法对每一辆电动汽车的充电状态进行控制，由此可见，有序充电自身是需要结合多种代理技术来加以协调与实现的[5]。就目前而言，美国西北太平洋国家实验室所研发的电动汽车充电掌控装置是智能代理的典型代表，其主要配备近距无线通信板块，可用于接收电力企业有关电价等数据。显然电动汽车充电与智能电网代理技术相互结合，能有效错开充电高峰期。
（3）电动汽车充放电的控制与利用。作为贯彻落实电动汽车充放电控制与利用的前提，合理的市场机制能在一定程度上激励电动汽车用户，促使其自愿加入电网充放电控制行动中来，形成用户自身与电网使用双赢的局面[6]。当然，在具体实施过程中要确保用户的安全隐私。
除上述所说，在对电动汽车的充放电加以控制时要对电网与电动汽车间的信息进行交互，主要涵盖电动汽车的电池荷电状态、充电需求约束及停车状态。但由于当下配电网的信息化结构相对较弱，控制中心无法全面掌握电网实时运行信息，因而很难控制在线运行中的电动汽车的充放电情况。若进行集中式控制，将对电动汽车双向信息交互与充放电策略优化提出更高的要求，即要利用分层分区的充放电控制策略来降低对通信系统的要求，并进而加快处理速度。
3 结语
综上可知，电动汽车大规模接入电网对电力系统有着较大冲击，尤其是其无序接入会使配电网负荷加大，为研究电动汽车接入电网的影响，首先需要考察电力系统的承受能力，包括电网传输、电源供给等能力;其次应结合电动汽车的发展前景来对所需电网、电源及充电设备的投资加以深入分析，其中充电设备的合理化部署是实现大规模
电动汽车接入电网的基本保障。更重要的是，这需要结合电网成本及不同电动汽车的充电需求，同时协调电网规划。
参考文献：
[1]叶琳浩，刘泽槐，张勇军等.智能用电技术背景下的配电网运行规划研究综述[J].电力自动化设备，2018，38（05）：154-163.
[2]王佗，朱自伟.基于分时电价的电动汽车受控方式接入对电网可靠性的影响[J].科学技术与工程，2017，17（27）：220-226.
[3]董亦.面向含电动汽车的微电网能量管理研究[D].上海：华东理工大学，2018.
[4]徐结红.适应新型城镇化的配电网规划研究[D].安徽：合肥工业大学，2018.
[5]黄俊辉，周昊，韩俊等.考虑车网互动的配电网可靠性评估[J].电力建设，2017，38（02）：77-83.
[6]王麒淋.电动汽车充电站对电网的影响及改善策略研究[D].河北：河北科技大学，2017.
作者简介：龚黎军（1986-），男，湖南岳阳人，硕士，中级工程师，研究方向：汽车运用与维修。
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