电动汽车充电对配电网的影响及对策

　　规模电动汽车充电势必会对配电网的结构、运行产生巨大的影响。对电动汽车使用者的调查表明，电动汽车充电90%是在车场、车库夜间进行的，充电时间大约为6—8小时，只有不到10%的充电是在路旁的应急电站完成。因此，研究电动汽车常规充电方式对配电网的影响，对准确预测电动汽车充电对电网的影响、对智能配电网的建设具有重要的意义。

　　对负荷的影响

　　在无经济利益和政策引导的情况下，车主的充电行为往往是随机的，这种无控制充电行为易与原有的负荷高峰叠加形成新的负荷高峰，从而对电网运行造成巨大的压力。

　　在假设线路三相供电平衡，电动汽车充电负荷均匀分布在各配变台区。采用常规充电方式，即电动汽车充电电压为220V，充电电流为10A，充电功率为2kW，正常充电时间大约为6小时为假设前提的情况下，分析多种电动汽车渗透率（电动汽车充电负荷与线路最大负荷的比值）下电动汽车充电对配电网的影响。

　　所分析线路位于某城市的生活区，共有89条支路，90个节点，其中1个电源点，39个负荷节点，配变总容量为16.59MVA。

　　通过数据测算和分析，在无电动汽车充电负荷的情况下线路原始负载率并不高，最大负载率仅为43.31%，最小负载率仅为17.92%，8：00—18：00负荷比较平稳，峰荷发生在19：00—21：00，22：00—次日7：00负荷较低。

　　然而，在电动汽车接入电网充电时，整个线路的负载情况发生了较大变化。一般车主在下班回家后就开始充电，充电一般从18：00左右开始24：00结束，充电时间大约持续6小时。电动汽车充电负荷与原有负荷高峰叠加，形成了新的负荷高峰。当电动汽车渗透率为10%时，线路最大负载率提升了近7个百分点，而电动汽车渗透率达到100%时，最大负载率高达86.62%。这使得线路负荷峰谷差几乎增加了一倍，十分不利于电网的经济运行。

　　对损耗的影响

　　随着电动汽车充电负荷的增加，整个线路负载损耗率也随之增加。如图所示，当线路无电动汽车接入充电时，线路平均负载率较低，导致线路负载损耗率也比较低。线路负载损耗主要来源于变压器的空载损耗。

　　当电动汽车接入电网充电，提高了线路负载率，负载损耗率相应增加，空载损耗率减少。在对线路损耗率分布的研究中表明，在电动汽车渗透率为40%时，负载损耗率与变压器空载损耗率相等，线路损耗率为最低，线路处于最佳运行区域。

　　当电动汽车渗透率从50%增加到100%时，线路负载损耗率迅速增加，线路过渡到非经济运行区域。

　　对电压的影响

　　在线路最大负荷时，电动汽车充电负荷的变化还会引起整个线路电压的失稳。

　　在上述10kV居民线路中，用户的电压允许偏差为系统额定电压的±7%。然而，当电动汽车渗透率小于30%时，线路末端各节点电压的标幺值（实际电压值/系统额定电压）大致保持在0.93左右，基本能保证用户的用电需求；当电动汽车渗透率大于50%时，末端节点电压急剧下降。当电动汽车渗透率达到100%时，标幺值仅为0.844，超过允许偏差近一倍，严重超越7%的下限（此处假设变电站电压保持定值）。

　　统计各种电动汽车渗透率下的节点电压越限的情况，当渗透率小于20%时，节点电压无越限情况；但是当渗透率从20%增加到100%时，越限点的比例从1.11%迅速增加到56.67%。

　　实现最优充电

　　从各种渗透率下电动汽车充电对电网的影响分析可以得出，当电动汽车渗透率较高时，充电的随机性会对电网产生巨大的影响。为了减小和避免这种影响，必须对电动汽车的充电行为加以控制和引导。

　　对此，有些文献提出了分时段充电的方法，即在电网低谷时对汽车进行充电，一般从00：00后开始大约于早上6：00左右结束。这种充电方法将充电负荷转移到用电低谷时段，避免了在原有负荷高峰时段充电，在一定程度上能够改善负荷曲线，但仍存在一定的局限性。

　　进入低谷时段后，大量电动汽车充电，会形成新的负荷高峰，充电结束后，负荷又急剧下降，峰谷波动较大，不利于电网的平稳运行。

　　针对随机充电方法和时段充电方法的缺点，本文提出了智能充电方法。

　　简单地说，也就是根据车主的行车规律并结合线路的负载率情况，对各时段的充电功率进行合理分配，将实现电动汽车的最优充电。

　　智能充电方法可以设置多个充电条件，例如，在工作日期间，一般18：00—次日7：00电动汽车多为在家充电；为了提高线路的可控性和经济性，可要求线路负载率小于某一指定值时，电动汽车才可接入电网充电。

　　在设置以上充电条件后，就可以对可充电时段进行灵活的控制，而不是仅仅局限于固定的时段。

　　采用智能充电方法后，负荷曲线将会变得更加平滑，电网受到电动汽车充电的影响也将减少，有利于车主合理安排充电计划，实现电网和用户的互利。

　　（作者系中国电力科学研究院教授高级工程师。本文原载《电力系统及自动化》，有删节）

　　白晓民|文