电动汽车技术及其对电网的影响研究

【摘要】电动汽车作为新型绿色环保交通工具，给全球低碳可持续发展带来了机遇，同时给电网的运行与控制产生了深远的影响。本文从全景概述角度介绍了国内外电动汽车的发展现状，引入电动汽车充电负荷特性的相关概念，介绍规模化电动汽车接入对电网的可靠性、经济性、环保性等方面的影响，展望电动汽车与电网友好互动效益的应用前景，指出我国发展电动汽车亟待解决的问题。

【关键词】电动汽车；智能电网；可再生能源

1、引言

随着全球能源危机不断加深以及大气环境污染危害持续加剧，世界各国普遍认为节能和减排是未来经济社会可持续发展的主攻方向。以美国、日本、欧盟为代表的发达国家相继实施了电动汽车发展战略，加大了研发投入与政策扶持力度。我国把电动汽车列为战略性新兴产业，经过两个“五年计划”的技术攻关、北京奥运会、上海世博会以及“十城千辆”计划等试点工程的实施，我国电动汽车从无到有，在整车集成技术、测试技术以及示范运营管理等方面都取得重大进展，初步建立起电动汽车运行管理体系。

电动汽车技术的发展给低碳可持续发展带来了机遇，同时未来电动汽车的普及将给电网带来巨大的挑战。因此，研究电动汽车的充放电负荷特性及其对电网的影响，有效地引导用户充电行为，对电动汽车与电网友好互动技术的发展具有积极意义。

2、电动汽车充电负荷特性

电动汽车对电网的影响主要通过充电负荷来体现，充电负荷集中反映了电动汽车接入电网的外在特性，因此，电动汽车充电负荷的特性分析是研究电动汽车对电网影响的基础。

电动汽车充电负荷特性分析主要涉及以下因素[1-2]：

1）动力电池特性。主要包括动力电池类型、容量、充放电速率等。

2）电能供给方式。主要包括整车充电、电池更换、充换结合3种模式。

3）用户用车行为。主要包括用户出行时间、行驶里程、停放规律、充电时间等。

4）充电控制管理。通常分为对充电时间直接限定和利用电价引导间接控制两大类。

5）车辆类型与发展规模。不同类型电动汽车的充电时间和行驶规律各不相同，而其发展规模决定了电动汽车充电负荷的整体外特性。

3、电动汽车接入对电网的影响

随着研发投入的增大和关键技术的突破，未来我国将进入电动汽车快速发展时期，形成电动汽车规模化应用。了解并准确预知电动汽车接入电网的影响对智能电网发展与建设具有重要意义。因此，需要研究规模化电动汽车接入对电网的影响及相应解决措施，主要从以下3个方面介绍电动汽车对电网的影响。

（1）对电网可靠性的影响

电动汽车接入电网的位置、规模、电能供给方式、充电控制策略等因素都会对电网可靠性产生不同程度的影响。电动汽车充电开始时刻与持续时间具有较大的随机性，充电时间总是与居民用电高峰时段具有某些重叠的时间区域，不可避免地加剧了传统日负荷曲线峰谷差，不利于电网的安全可靠运行。居民用户的电动汽车更多通过小区充电桩等便捷低功率的模式接入电网，无序接入单相电路将造成配电网三相负载不平衡。国外学者分析了不同接入渗透率下电动汽车对电网可靠性的影响，针对随机充电模式下的用户用车行为，计算了渗透率从0至100%下的电网可靠性指标，指出接入渗透率为30%以下时，电网无需进行切负荷操作，大于30%时，需要采取提升电网可靠性的措施或采取电动汽车有序充电的控制策略。因此，需要建立电动汽车有序充电引导与管理机制，有效地缓解对电网可靠性的影响。

（2）对电网经济性的影响

电动汽车对电网经济性的影响主要表现在充电负荷对电网运行经济性和充电设施空间布局对电网规划投资经济性的影响。当前电网规划与电源布局相对滞后，电网无法很好应对电动汽车规模化接入，在电动汽车充电时段很可能出现配电变压器过载的情况，造成变压器寿命缩短、电网损耗增加，降低了电网运行的经济性。国外学者通过统计聚类算法具体分析了电动汽车渗透率从0到100%各阶段对电网损耗、电能质量及变压器寿命的影响。美国电科院利用开放式配电系统仿真分析平台从确定性和随机性两个方面具体分析了电动汽车充电设施接入对配电网负荷平衡、电压调节、三相平衡的影响。此外，充分考虑电动汽车的移动储能特性，通过合理的充电设施规划布局和电动汽车与电网友好互动技术（V2G），电动汽车可以用于系统调频和旋转备用，节约电网部分设备投资。

（3）与可再生能源电网的互动影响

与传统燃油汽车相比，电动汽车本身就具有环保价值，主要表现在减少废气排放、降低能源消耗等方面。但是，根据我国当前的能源结构形势（燃煤发电量约占总发电量的75%～80%），现有电网对电动汽车充电所产生的间接碳排放量并没有达到很低，也不能减轻对化石燃料的依赖。要实现节能减排目标，需要在互动电网环境下建立电动汽车充电设施与可再生能源发电单元的紧密关联，提高电网消纳清洁能源的能力利用。电动汽车与可再生能源有机集成有利于提高电网运行的综合互动效益，主要表现在：利用可再生能源发电可降低电动汽车对化石燃料的过度依赖，最大限度地减少温室气体的排放量，使电动汽车达到真正意义上的低碳发展；电动汽车规模化接入可提高可再生能源电网运行的经济性，提高可再生能源利用率；利用电动汽车储能保证可再生能源功率稳定输出，协助解决可再生能源并网间歇性问题。

4、结论

电动汽车产业化发展将会引发现代交通行业的新一轮革命，对未来电力系统产生深远的影响。当前，我国电动汽车发展已进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。大量电动汽车的充电行为将给电网带来较大影响，而电动汽车的储能特性也将为电网安全经济运行提供新的机遇。然而，电动汽车的规模化应用对电网的影响需要具体问题具体分析，不能一概而论，需要结合电网发展实际和电动汽车入网的渗透程度。

从电动汽车入网的发展趋势来看，短期内主要考虑电网规划中电动汽车充电设施的布点和容量配置等方面。随着电动汽车走入家庭、与电网友好互动技术进一步发展，规模化分布式家庭充电将成为研究电动汽车充电对电网影响必须考虑的重要方面。采用有序充电控制、与新能源协调发展的模式将增强电网接纳新能源的能力，提升系统整体的互动效益，是电动汽车融入未来智能电网的又一次机遇。此外，还应该具备健全的电价机制以及可靠的实时交互系统，更需要政府政策的引导和支持。

目前，我国电动汽车产业发展中存在很多亟待解决的问题，如动力电池、电力电子变流等核心技术还不具市场竞争优势，企业投入不足，政府协调统筹潜力尚未充分发挥。未来电动汽车技术的发展将为电力市场、汽车产业带来巨大的商机，但全面推广实现规模化应用还需要解决用户购车成本补贴、动力电池寿命、行业接口标准、商业运营模式等方面问题。