电动汽车充电对电网安全风险影响及管控措施研究

电动汽车充电对电网安全风险影响及管控措施研究

于密兰张艳汤洁

（国网山西省电力公司朔州供电公司山西朔州036002）

摘要：近年来随着我国经济水平不断提高，电动汽车行业得到极大发展。随着政府的重点扶持和政策激励，电动汽车市场蓬勃发展，这极大地刺激了电动汽车充换电设施的建设运营，对电网运行检修的安全带来较大影响。通过介绍电动汽车充电对电网的安全风险影响因素，识别影响因素和仿真模拟，分析了电动汽车充电和放电对配网的影响，并对安全风险影响进行评估，最后在电动汽车的规划、建设、运维、自建自管等方面做出安全风险管控措施建议。

关键词：电动汽车；充换电设施；电网；仿真模拟；管控措施

引言

汽车产业是国民经济的重要支柱产业，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用，随着电池技术和充电技术的不断进步，电动汽车也迎来了自己快速发展的好时机。在国内，越来越多的人开始选择购买电动汽车作为出行交通工具，针对当前城市配电网都没有考虑到充电负荷的发展、充电设施暂时无法形成规模化的建设、城市电网配变容量有限、供电线路容量有限以及用电早晚高峰等多个因素下，规模化的充电负荷接入配电网后，根据当前供电能力来看，不足以满足充电需求，会给电网的安全稳定运行带来威胁。

1电动汽车充电模式

目前，电动汽车主要有常规充电、快速充电、电池更换、大功率充电、无线充电等模式，前3种为目前较普遍的充电模式。

1.1常规充电

常规充电模式是采用较低电流为车用动力电池进行充电，通常使用交流充电桩连接车载充电机为电池充电。充电电流通常小于0.3A，充电时间一般较长，需要5～8h，也称为慢速充电模式。常规充电的优点：充电电流和功率较小，对电池寿命影响较小，对电网冲击也较小。可充分利用电力低谷时段充电，降低充电成本。常规充电的缺点：充电时间较长，需要充电车辆长时间占用停车位。在车辆有紧急充电需求时，难以实现紧急补充电能要求。

1.2快速充电

快速充电通过非车载充电机采用大电流给电池直接充电，使电池在短时间内可充至80%左右的电量。充电电流和电压一般为150～400A和200～750V，充电功率大于50kW，充电时间通常为20min～2h，此方式多为直流供电方式，快速充电通常采用脉冲快速充电方法。快速充电的优点：充电时间短，充电功率较大，在短时间内能够充电70%～80%的电池容量，提高了车主充电的便捷性。快速充电的缺点：充电电流非常大，电池发热现象严重，对电池寿命影响较大；充电功率大，规模化电动汽车在相近时段内密集快充，增大了电网的峰值，负荷总量将给电网的承载力带来考验。

1.3大功率充电

根据欧美等国的电动汽车技术路线，预计到2020年左右，其电池容量将达到100kWh，其续驶里程将达到500km，要求充电时间在15min左右，对充电功率提出了要达到350～500kW的要求。大功率充电技术上可分为传导直流大功率充电、传导交流大功率充电和无线大功率充电。大功率充电由于充电时间短，可以和传统燃油车加油时间保持一致，大大提高车主的消费体验，同时也满足电动汽车续航里程400～500km的快速补电要求。

2电动汽车大规模接入电网产生的影响因素

2.1电动汽车接入对电网的有利之处

电动汽车补充能源主要在夜间进行，这也适应电力系统用电“削峰填谷”这个需求。简而言之，就是把夜间人们用电需求较低的这段时间利用起来，保证了电网输送电力的有效性和稳定性，减少因夜间用电需求下降产生的不良。

2.2电动汽车的大规模接入对电网的不利影响

电动汽车充电行为具有明显的特点，它是间歇性的，也是随机性的，此外电动汽车在充电过程中其车内的整流置将产生大量的谐波污染。因此，存在着相当大的不利因素。电动汽车充电对电网的影响因素主要是车与电池的类型、充能时间方式以及充能特殊性质。当电动汽车通过充电设施接入电网时，其影响就主要表现在充电设施对电网影响。另外，电动汽车主要在配网侧充电，其电力设施主要包括充电站或充电桩。对电网影响范围包括输电系统、配网系统、还有预防谐波污染等。

2.3电动汽车接入优劣势的综合分析

虽然电动汽车的大规模充电将给电网带来负面影响，但是电动汽车的储能特性也将为电网的经济运行提供新的手段。当前电动能源车大量应用于家庭，随着充电技术的发展、计量水平的提高，居民小区式、电站式充电方法也将对电网产生影响。

3简要分析现有电动汽车充电的技术及如何

控制其有序发展的思路电动汽车补充能源对电网产生协同作用，重点是关注其有序充电模式，寻找对其用电的控制方式，避免大规模以电为能源的汽车同时充电时无序行为给系统稳定造成了负面干扰，进而提出适合的应对策略，以促进电动汽车事业的发展。通过上述讨论，得到以下几个关键点：

3.1关注电动汽车的充电方式

根据不同汽车类型，当前较为普遍的充电方式主要有：常规（慢速）式、快速式、机械式以及无线式充电以上四种。其表现形式主要有电网实时充电和替换电池组两类，两者特点各不相同。前者电网实时充电是目前公交系统采用较为普遍的操作，对于该类电动汽车，在规模一定的情况下其用电量及充电时间较为固定，电网稳定研究主要是侧重于布点的准确性。替换电池组发展除了电池本身的技术问题，还受制于商家电池的规格、大小、性能等人为因素。一旦耗光能源如果不能借助其他设备对其充电，就只能被拖车救走，因此这一特性对能源储备、充电桩的布置、电网的稳定带来极大影响，对此稳定的汽车性能、先进的及时提醒功能和有效的抢救措施，也将有助于电网稳定运行。

3.2通过分析供需两侧，控制电动汽车的有序充电

充分发挥V2G优势，制定有效价格策略。对于电网供给侧，用户用车时的有序充电可以依照电网的运行情况，通常以性价比最高或对供电侧的不良作用最小为参考，结合电池充电的能力与用户用电量大小，全程调控，以为调整时间和功率为最佳手段。电动汽车的有序充电，可改善配电网负荷，提高电能质量和运行经济性，提高配电网运行可靠性，有效规避电动汽车大规模充电对电网造成的负面影响。设想把细节简化，在电动汽车性能稳定的前提下，计算出每个城市常用电量，分析出大致充电地点，对于专用系统，采用专用电站供应，在此基础上建立数学模型，模拟充放电过程，通过数字计算合理布置充电桩、充电站的数量及容量，以此实现控制电动汽车进行有序充电。用户侧管理为最近流行的一种平衡负荷的控制模式，其中最为有效的方法就是改变价格，吸引用户使用科学的用电习惯和生活方式，平衡电网负荷，减少波动差值，降低峰值，形成供需两侧双赢的用电习惯和生活方式。提到有序充电，同时不得不讲到V2G，Vehicle-to-Grid技术的简称。通过这个技术，人们可以把电动汽车想象为一个个超级电池或储能点，当混合动力车或是纯电动车不在运行的时候，可以根据需要，提供自身电池中储备为电网传送电能，这样，在车载电池动力不足的时候，可以从电网中回收电能充电到电动汽车上。充分发挥电动汽车作为储能装置的能动性，对电网调峰调频、负荷峰谷差调解、旋转备用等起有利作用。这项技术往往依靠电网供需量和价格策略协同操作。精准的电量电价模型是该策略执行的前提，而用准确的用电数据则是该模型建立的基础。所以，电网企业责无旁贷需要承担起这项重任。

结语

通过电动汽车类型、充电地址、充电方式的选取，确定了研究对象，采用某小区常规慢充模式下的电动汽车充电预测评估研究，在车辆SOC、用户用车需求、行驶里程、百公里耗电量等不同基础上，建立了以充电时长为变量的充电费用数学模型。当前研究内容仅仅针对小规模的充电行为，随着电动汽车技术和充电技术的不断更新发展，未来大规模的电动汽车接入城市配电网，给电网造成的影响不容小视，有序充电策略仅仅是在现有电网供电能力的基础上实施的，可以减少电网建设成本，因此具有良好的发展前景。

参考文献：

［1］中华人民共和国国务院．节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）［Ｒ/OL］．［2012-06-28］

［2］刘星平，李世平，宇浩明，等．住宅小区内电动汽车有序充电优化模式［J］．电工技术学报，2015，30（20）：239-245．