配电网内电动汽车充电管理技术研究

配电网内电动汽车充电管理技术研究

张永强

国网太原供电公司 030012

摘要：汽车工业的发展方便了人类生活，其尾气排放对环境造成的影响也越来越被人们所重视，清洁替代是能源利用发展的方向。由于电动汽车的污染物排放和噪声低，且能源利用率较高，因此我国支持和鼓励电动汽车的发展。随着电动汽车的发展及其应用量的增加，出现了车与充电桩不匹配、充电排队时间长、充电桩利用率不高、充电运营商盈利难、重复建设等一系列问题。在国家政策支持下，电动汽车关键技术取得了重大突破，但要推动电动汽车普及，除突破其本体技术并统一标准外，高效的汽车充电网络建设是主动、积极、系统地推动电动汽车发展的关键。本文结合我国现有电动汽车充电技术，探索电动汽车未来充电技术发展的趋势。

关键词：电动汽车；配电网；充电管理技术

引言

汽车产业作为传统经济支柱性产业之一，不仅仅对于经济水平影响巨大，对化石能源也有着巨大的使用需求。在低碳、环保、可持续性发展的思路之下，新能源汽车的开发工作成为汽车行业的重点。充电技术作为新能源电动汽车的核心技术之一，对于新能源电动汽车的整体发展具有重大意义。

1基于多代理技术的充电管理架构

1.1当大量电动汽车接入配电网充电时，采用传统的集中调度模式会导致在相应优化问题中出现“维数灾”问题。一般由充电服务聚合商来协调调度某一区域内的电动汽车的充电需求，这样可以有效地解决面临的问题，本文采用多代理的协调管理模式。基于多代理的电动汽车充电管理架构（1）配网系统运行代理位于配网35kV/10kV中压变压器侧，负责该区域下的配网安全运行，主要是根据配网安全约束来评估电动汽车的充电计划，如果违反了约束则削减电动汽车的充电负荷。（2）配网区域协调代理位于配网35kV/10kV中压变压器侧，负责集成该主变压器下接入的本地聚合商管理的电动汽车充电负荷，并将该负荷传递至配网系统运行商代理。（3）本地聚合商代理位于区域的10kV/380V用户变压器侧，负责计算该区域本地变压器下接入的电动汽车充电计划，并将充电需求负荷上报配网区域协调代理。（4）电动汽车代理可以看作是安装在电动汽车或者用户车库的智能充电装置。负责上报电动汽车用户的使用需求给本地聚合商代理，并接收本地聚合商代理计算后的充电计划。全局最优的充电策略要求已知一天内所有电动汽车的接入时间及其充电需求，采用类似于日前调度的机制，对一天内所有电动汽车的充电进行优化安排。实际生活中，电动汽车用户返回接入电网充电的时间是很难准确预知的，以致在日前求解全局最优化的充电安排是不现实的。所以本文采用了局部最优充电策略，考虑控制时间段的概念，将一天划分为96个控制时间段，分别对各时段内接入的电动汽车进行优化。

2电动汽车充电站现状

新能源电动汽车充电站是电动汽车最为基础的配套设施，没有充电站，电动汽车就没有“加油站”。电动汽车需要长时间驾驶时，若是没有足够的电量支持，那么使用会直接受到影响，这也是目前我国电动汽车依然没有大范围得到推广的主要原因。尽管充电站建设工作迫在眉睫，但充电站的建设工作也不是一朝一夕就能够完成的，不仅仅需要大量的资金投入，还需要考虑到充电站地理位置、自然环境以及周围电网的实际情况等等，在实际建设过程当中难度较大，需要综合考虑。新能源电动汽车充电站作为新能源汽车推广的必要发展支持，在未来必须得到有效的建设才能够保证行业的整体发展。

3新能源电动汽车充电技术研究

3.1电池技术

对于新能源电动汽车来说，保证汽车使用更为安全、便利的基础就是保证电池技术。电池技术也是新能源汽车研发过程当中极为关键的技术之一，电池研发是否能够达到世界先进水平几乎可以直接决定所生产的汽车是否能够达到世界先进水平。新能源汽车企业是否能够掌握电池以及电机系统的研发，就决定了企业能否在全新的市场竞争当中获得足够的竞争优势。目前国内市场上最为常见的三种电动汽车电池是铅酸电池、镍氢电池及锂离子电池，三类电池有各自的优缺点。成本方面来说，铅酸电池成本最低，但是电池整体续航能力不足，并且体积较大重量也更重，不适用于长时间驾驶的普通轿车。镍氢电池性能较为良好，但成本过于高昂。而锂离子电池在价格和性能方面都更具有优势，但价格还是相对较高，还需要进行下一步的技术优化。

3.2站点充电技术的应用

随着新能源汽车的普及，公交车由原来的汽油或柴油驱动转换成了电能驱动。截止2019年底，全国城市公交车电动化比例已超过半成。但由于公交车属于营运性质的车辆，每天行驶时间较长，同时受车载电池体积的影响，公交车的充电需求较高，因此24小时内至少要对电动公交车进行一次快速充电，并且每次充电所需时间大约为2-3小时，所以公交车可以在每天营运前或者前一天营运结束后在固定站点进行续航。这样，既能省下到特定的能量补给站蓄能的时间，又能减少一定的占位空间，还能缩减建设特定充电站的成本费用。因此，站点充电技术具有很强的可行性。

3.3微波传输式技术

微波无线充电技术的工作原理是将汽车运转过程中所产生的电能转换成微波信号，随之通过一定的发送装置进行发送信号，然后转换装置来转化微波信号，将期间产生的电能储存在汽车的电池中。这种方式的充电部分和接收部分都采用2.45GHz的微波信号，输出功率只有1KW。但是它的传输距离可达1000mm，相较前两种充电技术在这一点就有着明显的优势，加之微波的波长较短，因此微波传输式一般可用于长距离的定向传输[7]。但遗憾的是由于输出功率很低，微波传输的传输速度慢，波段较窄，致使微波传输的充电效率只有38%，远低于电磁感应式及磁场共振式的充电效率，所以这种方式一般不适宜在电动汽车无线充电的领域来广泛使用。

3.4配合新能源发电

新能源发电有环保优势，也具有随机、波动和不可控等特点。如果能将充电设施与新能源发电集成接入电力系统，既能减小新能源接入对电力系统的不良影响，又能削弱充电设施给电力系统带来的压力。同时，电动汽车可作为一种灵活负荷和储能设施，可以为新能源大规模进入能源系统起并网消纳作用，也可以向一些商业区域、微电网、小微电网输电，参与平衡局部的电网。

3.5动态充电技术的应用

除了公交车、出租车等转为电能续航外，公路客车电动化也加入其中。截止2018年底，客车电动化进程较慢，仅占市场的3%，但是未来发展潜力很大。目前较为普遍存在的充电技术为静态充电，但针对客车行驶时间较长的特点，一次性饱和充电难以实现正常的营运要求。所以动态无线充电的需求便凸显而出，比如电动客车在高速公路上行驶的同时能从地面上得到一定的电能反馈到车身电池，给车辆续航。这样一来不仅可以在极大程度上节约了驻车充电的时间，还能提高营运效率。

结束语

本文主要针对电动汽车的无线充电技术进行了研究，通过对国内外电动汽车的发展进行趋势分析，引入无线充电技术，并对三种典型的无线充电方式的技术特点进行对比且对不同的应用场景进行了具体讨论。现阶段，电动汽车无线充电技术朝着智能化、灵活化以及效率化的方向发展。为迎合我国新能源发展的需要，充电技术的应用是不可缺少的研究范畴，可针对不同的电动汽车、不同的驾驶场景制定出适宜且愈加完善的充电方案。

参考文献

[1]於锋,张蔚,刘春华,朱志豪.电动汽车用电驱重构型充电系统及其关键技术综述[J].电力自动化设备,2018,38(12):16-24.

[2]张倩.电动汽车光伏充电桩关键技术研究与开发[D].扬州大学,2018.

[3]文翔,黄凯伦.电动汽车无线充电技术辅助平台[J].汽车工程师,2018(11):56-58.

[4]尚岩,代予龙,胡大满,王义,黄建.电动汽车充电技术研究[C].河南省汽车工程学会.第十五届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.河南省汽车工程学会:河南省汽车工程学会,2018:353-355.

[5]杨春玉.规模化电动汽车有序充电策略优化研究[D].南京邮电大学,2018.