摘要：新能源电动汽车在节能减排、环境污染等方面的优势，近年来保有量大幅增长，对充电设施和接入电网提出了广泛需求。本文结合市场发展环境和余姚实际情况，按照适度超前的原则，开展电动汽车及充电设施需求预测，研究制定差异化的充电设施接入典型方案，以引导充电设施的健康有序发展，做好充电设施的优质服务和供电保障。
关键词：电动汽车；充电设施；车桩比；预测分析
1 引言
作为新能源汽车的代表，电动汽车在节能减排、缓解燃油供求矛盾及环境污染等问题方面相比传统汽车有着天然的优势，近年来受到政府部门、汽车生产商的广泛青睐。浙江省是国内电动汽车研发和应用推广较早的地区之一，宁波市已被批准为国家级示范区域和示范城市。宁波余姚市大力发展电动汽车，推广专用、自用型电动汽车，电动汽车呈现出蓬勃发展态势。因此，本文开展余姚电动汽车和充电设施需求预测，配建充电设施网络，研究制定差异化的电网供电方案，引导充电设施的健康有序发展。
2 充电设施发展需求预测
2.1 预测方法概述
汽车保有量具有一定程度的不确定性，影响保有量的因素较多，地区经济、人口、居民可支配收入、政策走向以及其他一些与汽车相关的产业变化都将影响汽车保有量的增长速度。从方法论的角度看，传统汽车的保有量预测方法主要有外推法、因果法和判断分析法，具体方法包括：时间序列法、弹性系数法、回归分析法、路网容量法、灰色模型法、人工神经网络法、Logistic曲线法以及千人保有量法。
目前尚没有专门针对电动汽车保有量的预测方法，已有研究在传统汽车的保有量预测方法基础上结合电动汽车相关特性进行分析，如Bass模型。电动汽车发展所关联的影响因素较多，其作用差异较明显，因此采用传统汽车单一的预测方法存在一定的局限性。浙江省电动汽车起步较晚，可查历史极少，电动汽车保有量预测方法可采用多信息融合的情景分析法。参考民用汽车保有量预测结果，综合考虑影响电动汽车发展的主要因素，如政府推广计划、电池技术发展以及重大政治活动的影响，预测余姚2022年的电动汽车保有量，并根据忽略的隐性因素对预测结果进行误差分析，对结果进行修正。
2.2 电动汽车需求预测
2.2.1电动公交车
采用时间序列法和回归分析法中的数学模型，通过对公交车2015-2017年现状数量的拟合，综合对比检测，乘幂和对数两类模型对现状数据的拟合度较高，最后融合Logistic曲线法（S型生长曲线），与电动公交车前期呈幂函数发展，后期呈对数函数的发展趋势一致。
结合余姚公交公司2018-2020年公交车数据，以2022年余姚公交车数量为约束条件，采用乘幂模型和对数模型的预测结果，并根据余姚公交车公司发展实际，修正2018-2022年的电动公交车预测结果，预测结果如表1所示。
表1 电动公交车保有量预测
2.2.2出租车
选取四种与电动出租车相关的影响因素，如城市扩张速度、人口扩展速度、推广目标执行力度、基础社会完善程度，分保守型、正常型和乐观型三种情景进行分析。
情景一：完成率20%。参照目前实际完成率（20%）确定每年的目标完成率，则2020年电动出租车占总出租车保有量的14.4%。
情景二：完成率60%。取中间值确定每年的目标完成率，则2020年电动出租占总出租车保有量的43.2%。
情景三：完成率100%。每年计划均能100%完成，则2022年电动公交出租占总出租车保有量的72%。
分析余姚出租车发展速度，按照规划2020年达到300辆，从2017年的50辆，每年匀速替代发展，至2020年完成电动出租车替代目标。2021-2022年沿用之前的增长比例，如表2所示：
表2 电动出租车保有量预测
2.2.3私人乘用车
由于电动私家车的发展是纯市场化的行为，要准确预测未来电动私家车的保有量有一定的困难。选取四种与电动私家车发展相关的影响因素：限牌政策、财政补贴政策、电动汽车性能、基础设施，分保守型、正常型和乐观型三种情景对电动私家车的未来保有量进行预测。
表3 情景分析法：影响因子
通过余姚市私人乘用车的现状拟合分析，按照基本假设电动私家车保有量将会按照S型曲线中的二次曲线发展。
表4 电动私人乘用车保有量预测
2.2.4其他
专用车、租赁车、公务车三种类型的电动汽车保有量以2015-2017年余姚申报的现状数量为基准，以线性插值的方法拟合专用车、租赁车和公务车2018-2022年逐年的保有量，按照5%的年增长速度。预测结果如表5所示：
表5 其他电动车保有量预测
2018-2022年余姚市各类型电动汽车保有量预测，如表6所示。
表6 2018-2020年余姚市电动汽车保有量预测（单位:辆）
2.3 充电设施需求预测
根据用途和服务对象，针对公交车、出租车、专用车、公务车、私家车和租赁车，按其供给方式分为公共专用、私人专用、社会公用三种类型的充电服务网络。
2.3.1专用网
公交车的充电桩全部布置在公交公司的专用充电站内，车桩比例为1：1.05，每个充电站按16个充电桩考虑；出租车的充电桩布置在出租车运营公司的专用充电站内，车桩比例为1：0.2，每个充电站按80个充电桩考虑；专用车的充电桩全部布置在邮政、物流、环卫公司的专用充电站内，车桩比例为1：0.7，每个充电站按80个充电桩考虑；租赁车的充电桩全部布置在租赁车运营公司专用充电站内，车桩比例为1：0.05，每个充电站按18个充电桩考虑。规划的直流快充桩和交流慢充桩的比例按1:1.9配置。
2.3.2自用网
个人自用充电设施按“一车一桩”、“桩随车走”的原则，由新能源汽车生产企业或其委托的机构（4S店）负责“全过程组织管理”，并纳入其售后服务体系。
2.3.3公用网
为满足私家车和公务车的快速充电的需求，按照其数量30%布置在社会公用网中，并布局相当比例的大功率公用充电设施。考虑电网接入容量的限制，直流快充桩和交流慢充桩的比例按1:3.2配置。
根据不同类型电动汽车保有量预测结果，以及充电设施配置原则，各类型充电设施需求预测结果，如表7、8所示。
表7 2018年-2022年余姚市充电桩需求预测（单位：个）
（1）本表中的充电站数量包含租赁车的集中充电站数量。
（2）本表中的充电桩数量包含社会公共（公交车、出租车和专用车）充电桩。
表8 2018年-2022年余姚市充电站需求预测（单位：座）
注：换电站目前数量为0，未列支在表格中。
3 电动汽车充电设施接入典型方案
3.1 充电设备220/380V接入
对于额定输入电压为220V的充电设备，宜接入低压配电箱;额定电压为380V的充电设备，宜接入低压线路或配电变压器的低压母线。接入低压网络的充电设备一般可以采用放射式结构或者树干式结构。放射式接入由变压器的低压侧引出多条独立线路，供给各个独立的充电设备，典型接入方式如图1所示。
采用放射式结构接入系统，低压线路故障互不影响，供电可靠率较高，检修比较方便。这种方式比较适用于单台充电设备功率较大的情况，对于分布在变电所不同方向或排列不整齐的分散式充电桩，也可以采用这种方式。
图1 充电设备220/380V放射式接入
树干式接入则是将多个充电设备接到低压线路上，这类方式可用于排列整齐的用电设备，如停车场或居民区停车位的充电设备安装。其典型接线方式如图2所示。
图2充电设备220/380V树干式接入
3.2 充换电站10kV单回路接入
充换电站接入电网，主要根据用户重要等级确定其接入方式。对于一般用户，当充换电站的总容量小于6000kVA时，可考虑接入公用电网10kV线路或接入环网柜、电缆分支箱等;当充换电站的容量大于6000kVA时，需进行技术经济比较，确定是否采用专线的方式接入。典型接入方式分别如图3、4、5所示。
图3 充换电站接入10kV线路
图4 充换电站接入10kV环网柜、电缆分支箱
图5 充换电站10kV专线接入
专线接入是一种较为特殊的接入方式，这种方式要求一条10kV线路只对1个充换电站进行供电，对电力资源的占用较大，但便于管理与控制。公交车换电站和充电塔均可考虑采用专线方式接入。
3.3 充换电站10kV双回路或双电源接入
双回路和双电源接入，一般是针对评估为二级重要的电力用户。双回路的接入主要是指由双回供电线路向同一充换电站供电的方式，其典型接入方式如图6所示。
图6 充换电站10kV双回路接入
双电源接入是指分别来自2个不同变电站，或来自不同电源进线的同一变电站内两段母线，为同一充换电站供电的两路供电电源，其典型接入方式如图7所示。
图7 充换电站10kV专线接入
4 结语
目前电动汽车充电设施的建设和运营已初步呈现“多元化、市场化”的特征。本文结合市场发展环境和余姚实际情况，按照适度超前的原则，开展电动汽车及充电设施需求预测，满足余姚市电动汽车的充电需求，建设具备网络化、智能化、标准化特征，符合电动汽车产业发展需要，充电基础设施布局合理的智能充电服务网络。研究制定差异化的充电设施接入典型方案，引导充电设施的健康有序发展，做好充电设施的优质服务和供电保障，在电动汽车产业发展中发挥基础性和引领性作用。
参考文献：
[1] 贾龙,胡泽春，宋永华.考虑不同类型充电需求的城市内电动汽车充电设施 综合规划[J]电网技术,2016,40(9):2579-2587.
[2] 陈中,黄学良.电动汽车规模化发展所面临的挑战与机遇[J].电气工程学报,2015,10(4):35-44.
[3] 杨冰,王丽芳,廖承林,等.分布式电动汽车有序充电控制系统模型[J].电力系统自动化，2015，39（20):41-46.
[4] 杨少兵,吴命利,姜久春,等.电动汽车充电站负荷建模方法[J].电网技术,2013,37(5):1190-1195.
[5] 吴志力,薛振宇,宋毅.电动汽车充换电设施接入电网典型模式[J].电力建设,2015,36(7):46-51.
论文作者:夏蛟龙,何杲杳,王海波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
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