电动汽车接入配电网后,对配电网的影响及存在的问题综述
电动汽车是全部或部分由电动机驱动,符合道路交通安全法规的汽车。电动汽车具有环保,低碳,低噪音的特点,是目前最有希望取代传统内燃机汽车的新能源车辆。虽然在近几年里电动汽车才得以迅速的发展,但是其发展历史却很长。早在1881年,法国巴黎就出现了世界上第一辆采用可充电电池作为车辆动力的电动汽车。在19世纪末,美国每年销售的汽车中有 38%是电动汽车。但是随着技术的发展,燃油汽车具有更低的使用成本,更长的续驶里程,而且补充燃料方便,从而全面取代了电动汽车。[1]
20 世纪70年代后,世界爆发了多次能源危机,引发了人们对能源供需平衡及能源安全的关注。以我国为例,2011 年我国石油消费量达到 4.6 亿吨,对外依存度达到 60%左右。
[3]2013 年我国石油消费量有望进一步增加达到 5.14 亿吨,成为世界第二大石油消费国。目前化石能源在经过近百年的开采后,现有资源只能供人类使用数十年,不断快速增长的石油消费将进一步加剧化石能源短缺的问题。我国石油资源相对较少,需要大量从国外进口,不利于我国的能源安全及经济安全。
另一方面,随着社会的发展,人们对环境保护问题越来越重视。现有研究表明二氧化碳的排放将加速全球气温升高,产生严重的环境问题。在英国,交通领域产生的碳排放占总排放的 25%,因此如何在交通领域减少碳排放成为当前一个重要的课题。此外,汽车的排放物中还含有众多其他的污染物,影响空气质量,给人民生活带来极大不便的同时也影响着人民的生命健康。
面对着严峻的环境保护形势及能源短缺问题,各国重新将关注的重点投入到电动汽车上来。电动汽车不需要或者只需要少量化石能源,将极大地减少石油的消耗量,同时由于使用电能推进,车辆直接的碳排放很少,相应的汽车尾气污染也较传统的内燃机车辆大幅下降。尽管电动汽车需要从电网补充电能,大量电动汽车的使用将增加电力需求,对于传统燃煤或燃油发电厂来说将增加碳排放加重污染,但是随着技术的发展,大量新能源发电技术投入使用,将大幅减少发电侧的碳排放及污染,加之以合理的调度及机组组合可以实现交通领域及发电领域共同减少碳排放及污染的目标。[4]因此电动汽车是解决环境及资源问题的重要方法,正日益受到社会的关注。
得益于科技的快速发展,电机、电池技术有了长足进步,具有高比能量,比功率,循环寿命长的高性能动力电池的推出,推动了电动汽车的实用化进程,使得电动汽车的大规模运用成为可能。预计到 2020 年我国电动汽车保有量将达到500 万台,2020 年全球销售的汽车中,将约有 7%-12%是混合动力汽车或纯电动汽车。根据统计数据,2009 年我国共有私人轿车 2605 万辆,若每辆车的充电功率为 5 千瓦,则总的充电容量为 13025 万千瓦,占2009 年全国装机容量的 14.9%。每辆车每年消耗电量为 3000 千瓦时,每年电动汽车消耗的电能达到了 781.5 亿千瓦时,占 2009 年全国发电量的 2.16%。[5]由此可见,当电动汽车大规模运用后,将使全社会用电量有所增长,而大量电动汽车同时充电将对电网造成重大影响。
电动汽车充电负荷在时间上的分布具有较大的随机性,当大量电动汽车同时在系统原有的峰荷时段开
始充电时,充电负荷与系统其它负荷叠加,产生峰上加峰的效果,不仅推高电网负荷,给配电系统的正常运行造成了一定影响,还会对设备的寿命造成不利影响。其次充电负荷在空间上的分布也具有很大的随机性,充电负荷将可能在某些地区聚集,造成局部地区电能供应紧张,当地的配电设施过载等问题。[6]电网向电动汽车供应交流电,经过充电机或车载充电机的变换,将交流电转换为直流电,在此过程中将产生大量谐波,影响电网的电能质量。智能电网的建设为电网更好地接纳充电负荷及实现电动汽车优化充电提供了坚实
的物质基础。电网公司与用户之间的双向信息交流与互动,使得用户能够根据实时的电价水平,电网运行情况,选择合适的充电时间,节约充电费用,减少对电网的不利影响。而电网公司能够根据目前充电负荷分布情况及待充电的电动汽车充电需求,采取相应的调度措施,通过价格信号、直接负荷控制等方法,调节充电负荷,使得充电负荷对电网的不利影响降至最小。[7]
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在不久的将来,将有大量电动汽车接入配电网,并对配电网运行、规划等各个方面产生较大的影响。因此在智能电网的背景下,定量地研究电动汽车充电负荷对电网影响,并据此制定相应的优化充电方案减小充电负荷对系统的不利影响,以至于利用电动汽车的充放电特性优化配电网的运行状态具有重要的现实意义。
具体的影响体现在以下三点:
1、充电负荷对配电网电能质量的影响。充电负荷对电网电能质量的影响,可以分为暂态的影响及稳态影响,暂态影响主要是电动汽车在充电过程中,电力电子器件产生的谐波污染问题,稳态影响则是电动汽车接入配电网后,对各节点电压偏移及三相不平衡度的影响。
[1]
广汽传祺gs5油耗2、充电负荷对配电网相关设备的影响。电动汽车接入配电系统后,提高了系统的负荷水平,也使得配电系统中变压器,线路等设备的负载增加。这将有可能出现设备重载越限的问题,而由于长时间保持较重的负载运行,可能导致设备寿命缩短。[1]
3、充电负荷对电网经济性的影响。充电负荷对电网经济性的影响,主要体现在接入电动汽车前后电网网损的变化情况,目前已有较多文献对此开展了研究计算结果也表明,电动汽车的接入将导致网损增加。[1]
4、电网运行优化控制难度的增加。电动汽车用户用车行为和充电时间与空间分布的不确定性,使得电动汽车充电负荷具有较大的随机性,这将加大电网控制的难度。[2]
5、电动汽车与电网双向互动(V2G)
电动汽车与电网互动是指电动汽车作为分布式储能单元,以充电和放电的形式参与电网的调控。
电动汽车作为分布式的储能装置,可以通过协调控制其充放电过程,使之在系统负荷高峰时放电、低谷时充电,实现系统的削峰填谷。
作为分布式储能资源的电动汽车,可以参与系统的频率调节。相比于传统的系统调频电源,电动汽车参与调频具有响应速度快的优势。
东风风神s30报价通过电动汽车充放电优化控制,可以平抑风力和太阳能发电的波动,提高新能源发电的利用效益和电网接纳新能源发电接入的能力。[2]
参考文献:
敞篷车下雨怎么办[1]张振夫.电动汽车充电负荷对配电系统影响与优化策略.硕士学位论文,2013.
[2]胡泽春,宋永华,徐智威,罗卓伟,占恺峤,贾龙.电动汽车接入电网的影响与利用.中国电机工程学报,Vol.32 No.4 Feb.5, 2012.
[3]李秋硕.电动汽车接入电网的电能有序利用模型与控制策略研究.博士学位论文,2014.
电动车蓄电池[4]杨秀菊.配电网中电动汽车充/放电优化控制策略的研宄.硕士学位论文,2014.
[5]陈学有,文明浩,陈卫,杨波.电动汽车接入对电网运行的影响及经济效益综述.微网与新能源.
[6]高赐威,张亮.电动汽车充电对电网影响的综述.电网技术.Vol.35 No.2  Feb.2011.
电动汽车2013价格[7]涂轶昀,李灿,承林.电动汽车接入电网技术综述.上海电力学院学报.Vol.28 No.4
Aug.2012.
[8]马玲玲,杨军,付聪,刘培,孙元章.电动汽车充放电对电网影响研究综述.电力系统保护与控制.Vol.41 No.3 Feb.1,2013.