《装备维修技术》2021年第8期
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周永富
（南宁市全宇电力设计有限责任公司，广西 南宁 530000）
电动汽车技术网随着全球能源危机与环境污染问题的不断加剧，电动汽车得到了各国政府的大力支持，各个城市的电动汽车保有量逐年增加。经测算，到2020年全国电动汽车保有量将超过500万辆，其中电动公交车超过20万辆，电动出租车超过30万辆，电动环卫、物流等专用车超过20万辆，电动公务车与私人乘用车超过430万辆。2020年新能源汽车占比需达到7－10%，2025年需达到15－20%，2030年需达到40－50%。 1、电动汽车充电负荷对配电网的影响
未来随着清洁能源的发展，电动汽车将有着很大的市场，然而大量的电动汽车充电负荷接入配电网，将会对配电网产生较大的负面的影响，包括对电力系统设备容量的要求、配电网输出的电能质量(谐波畸变率、电压损失率、三相电压不平衡率)、电网运行经济性、配电设备运行安全稳定性、以及电动汽车对碳排放量的影响。电动汽车充电负荷对配电网的主要不利影响因素如图1
所示。
图1 电动汽车充电对配电网影响
1.1配电系统谐波电流的原理
电动汽车充电机作为一种非线性设备，当正弦电源加在非线
性电路两端，输出电流会产生畸变，由此产生的谐波电流会注入
配电网，导致电力系统节点电流不是标准正弦电流，对配电网产
生谐波污染。
1.2充电站各次谐波含有量
通过电能质量监测仪，提取得到某市某电动汽车充电站的单
相谐波电流，各次谐波电流大小如表1所示。由得到的数据结果
分析可知，随着电动汽车接入数量不断增大，由于不同电动汽车
产生的各次谐波相互叠加抵消，谐波畸变率逐渐降低，但总的充
电电流却在不断增大，造成的总的谐波电流不断增大。若大规模
的电动汽车集中性地接入充电站进行充电，则会产生较大的谐波
电流，从而对配电系统造成不可忽视的负面影响。
表1
电动汽车充电各次谐波含量
1.3谐波对配网的危害
电动汽车充电站存在大量的电力电子设备，许多的电力电子元件会使网侧电流发生畸变，产生的谐波电流注入公共电网，会
对电力系统产生危害，主要有以下几方面的不利影响：(1)由于电力电子元件会消耗无功功率，导致电流增大，需扩大电力设备容量，同时总的负荷电流也增大，使得电力设备和线路损耗增大，最终使得电网运行维护的经济成本增大。 (2)由谐波产生的无功功率，不仅增加电力设备负荷，还会导致电网侧功率因素降低，电站输出的有功功率降低。(3)谐波会使得电网中产生附加的谐波损耗，若大量的谐波分量流过输电线路的中性线，将使得线路过热
甚至引发线路起火。(4)谐波使得电气测量仪表计量有误，则会对继电保护装置动作产生干扰，延迟电路熄灭。(5)谐波的存在，会使得电机发生机械震动、产生噪声、变压器产生涡流、局部过热、加快绝缘老化使得输电线路产生集肤效应，同时谐波电压会使周围介质的电场强度增大，缩短变压器使用寿命。 2、应对措施 为了激励用户有序充电，以此来引导电动汽车用户参与到电网调峰调频的优化过程中去。通过对电动汽车用户充电特性的研
究分析可知，电动汽车充电负荷存在随机性与聚集性，在无序充电模式下，电动汽车驶入充电站便以Pmax 功率充电，当SOC 充至95%以上才以小功率充电。为了更好地避免充电负荷与高峰负荷期的用电重叠时间tr，本文在夜间4时段分时电价基础上，采用分时段最优功率充电策略。 （1）通过蒙特卡洛算法对小区日常基础负荷以及电动汽车充电站负荷进行预测。将预测结果导入充电站智能控制系统(intelligent control system,ICS )，结合变压器容量限制 Pc、用户充电需求 Wt,i、电动汽车停留时长 tlast,i 等约束条件，分配夜间4时段充电功率限制值，生成 Plim=[Pfh，Pph，Pp，Pl]。Pfh 记为平峰期功率限制值，Pph 记为尖峰期功率限制值，Pp 记为平时期功率限制值，Pl 记为谷时期功率限制值。 （2）ICS 预统计电动汽车辆数 N 以及充电负荷，通过优化控制器优化各时段充电功率，生成 Pc=[P’fh，P’ph，P’p，P’l]。P’fh 记为平峰期充电功率，P’ph 记为尖峰期充电功率，P’p 记为平时期充电功率，P’l 记为谷时期充电功率。 （3）电动汽车驶入充电站后，与充电桩对接，由电池能量管理系统上传该车剩余 SOC 数据、电池容量 Eh、用户到达时刻 tback 以及用户设定的离开时刻 tleav。ICS
统计实际的充电负荷，经 ICS 判断负荷预测误差系数 Ɛ，若误差系数 Ɛ 大于精度要求，则再由优化控制器优化 3 段高峰期充电时长 Th=[tfh1，tph，tfh2]，限制电动汽车在用电高峰期的充电时长。向量Th 中各元素分别表示平峰期 1 充电时长，尖峰充电时长，平峰期 2 充电时长。这种充电策略将高峰期充电功率划分为 2 段充电功率，平峰时段(17:00-18:00、20:00-22:00)采用 P’fh 充电、尖峰时段(18:00-20:00)采用 P’ph 充电。
综上所述，大规模电动汽车无序充电负荷会对电网系统的电力系统设备容量的要求、配电网输出的电能质量以及配电设备运行安全稳定性造成一定的负面影响。在大规模推广电动汽车的应用之前，应着重处理大规模电动汽车集中充电的相应优化问题。
参考文献：
[1]谈宸，杨书明，蒋知明.电动汽车充放电行为分析与优化研究[J].南方农机,2021,52(05):50-52+55.
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