（国网临夏供电公司 甘肃临夏 731100）
摘要：本文就未来电网中以电动汽车为核心的家庭用电模式进行研究，讨论大量电动汽车的充电行为对城市配网带来的机遇和挑战，着重研究电动汽车对配网峰谷差、电能质量、负荷流动及电动汽车与高效智能配网的关系；本文结合智能电网与电动汽车发展的关系，提出对未来配网规划的建议。
关键词：充电；接入；配电网；影响
1 引言
电动汽车被认为是汽车工业一个新的发展契机和国家经济发展的重要增长点。世界各国均从政府层面推动电动汽车的发展，2007年，美国将一辆改装的电动汽车成接入电网，接受调度指令，并作为调频和备用发电设备运行，开创了双向有序用电的供电模式，也称V2G模式。
在配电网方面，国家电网公司大力推进智能配网建设，电力企业与用户双向互动成为可能，微电网、分布式电源并网以及家庭微电源并网等将变得越来越普遍。电动汽车作为一个大型耗能储能元件，在家庭微电网中将起到举足轻重的作用。深入探讨电动汽车对配网的影响及基于电动汽车的家庭用电模式的改变将具有重要意义。
2 电动汽车的充电模式
电动汽车作为未来电网一个重要的电力负荷，它的充电行为对电网调度运行有较大影响。电动汽车的规模、充电方式、使用模式以及大量电动汽车充电的统计规律是电网必须要考虑的重要问题。
目前电动汽车充电机根据原理和分为相控式和高频开关式两大类。相控式采用大功率晶闸管进行整流，然后通过滤波电路得到稳定的直流电压或直流电流。高频开关式充电机采用功率晶体管、MOS管或IGBT等器件作为高频开关器件，其输入的交流电压经整流滤波后得到脉动的直流电压，该电压经高频隔离变压器等整流滤波后得到稳定的直流电压或直流电流。两种充电机的特点如表1所示。目前使用较为普遍的是相控式充电机，大型充电站需配备无功补偿装置。随科技进步，高频开关充电机将成为未来主要充电设备。
3 电动汽车的接入模式
电动汽车作为一种大型耗能储能设备，其接入电网的方式有多种，如自然充电模式（VOG）、受控充电模式（TC/V1G）、汽车家庭模式（V2H，Vehicle to home）、双向有序电能供给模式（V2G）及汽车建筑物双向供电模式（V2B）等。
4 电动汽车对配网的影响
4.1 对配网功率平衡的影响
首先，电动汽车作为一个较大的电力负荷，将随数量的增加，加大配网的用电负荷，包括冲击负荷和最大负荷。未来电动汽车规模化后，电池容量较大，单车快速充电功率将达到数百千瓦以上等级，将对当地配电网产生极大的负荷冲击。最大用电负荷方面，研究表明，如果北京市全部公交车系统采用电动汽车，将是北京地区用电负荷增加10%，如果记及家庭电动汽车，其用电负荷的增长将会更大。大量电动汽车的使用，对配电网的承受能力是一个挑战。同时，如果提高配网供电能力，也可能造成资源浪费，设备利用率不高的问题。
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更为重要的是，电动汽车作为一种流动性的电力负荷，其充电行为与人的行为密切相关，具有随机性、间歇性和社会性的特点。每日电动汽车负荷中心随人员活动发生迁移，又与工作日、节假日、季节等有较大的相关性，很难进行估计和预判。研究表明电动汽车负荷有可能聚集在某些局部区域，这将引起配电网的局部过负荷问题。另外，充电负荷聚集引起的三相不平衡问题将会加剧，对电气设备的寿命和安全运行构成较大影响。
4.2对配网电能质量的影响
采用电力电子技术的大功率充电机和小功率充电桩均为非线性器件，会对电网产生谐波污染，降低供电系统的电能质量。目前常用的六脉动整流器产生6k±1次谐波（k=1，2，3...），高频PWM控制的充电机产生的谐波较少，但其充电功率受到器件的限制，且控制系统复杂。
4.3 对智能配电网控制模式的影响
研究表明，大部分电动汽车95%以上的时间处于停用状态，因此，电动汽车不仅是电能使用设备，也可以作为分布式储能设备，在保证汽车行驶的前提下，作为储能装置向电网输送功率。电动汽车是双向互动将电网中负荷低谷时段的剩余电能转化为日闻用电高峰时段的电能，在电力系统中承担着“削峰填谷”的作用．与此同时，还可以提供包括频率控制、旋转备用及调相等服务。为了实现此功能，需要加强配电网智能调度水平和信息化水平，实现电能的双向互动。提高电力计量设备和通信设备的信息化自动化水平。另外还需要相应的政策引导，如分时电价，互动电价优惠等。
4.4电动汽车对智能家庭用电的影响
智能配电网的一个重要分支是分布式电源并网。以电动汽车为核心的家庭微电网将家庭的太阳能等小型发电设备产生的电能整合起来，与电网之间实现双向互动。同时由于太阳能发电和电动汽车蓄电池均为直流电，在未来家庭用电中以直流供电成为可能。
5. 未来配网发展建议
5.1未来配电网的规划布点应充分考虑电动汽车带来的负荷增加和充电的聚集效应。
在规划市区电源布点和变电站建设时，要充分考虑未来电动汽车的负荷大小，在市区留出足够的裕度，提高电网带负荷能力，防止未来电网建设中出现重复建设和限电等问题。电动汽车充电站布局主要包括充电需求和电网可行性2个因素，衡量充电站需求的主要指标是交通量与服务半径，可行性关键在于交通、环保及区域配电能力等外部环境条件与该地区的建设规划和路网规划。同时，工作日、节假日、重大节日、天气变化对充电负荷均有较大影响。为避免出现局部严重过负荷及三相电流严重不平衡等恶劣情况，在规划充电站布局时，应进行大量调查研究，进行负荷模型计算，并留一定裕度，以满足将来负荷发展的需要。。每个指令、操作步骤和操作结果都会自动记录在处理核心的数据库中。
5.2 充分考虑充电设备带来的谐波污染问题。
为防止大量电动汽车充电引起电能质量下降，特别是谐波污染，应从以下方面着手。
（1）严格执行与谐波相关的国家标准，不达到国家谐波标准的充电设备不允许并网运行，从总体上控制供电系统谐波水平。
（2）增加换流装置的脉动数，换流装置由 6 脉动增加到 12脉动时，可以大大降低谐波电流有效值。
（3）增装无功补偿装置，提高系统承受谐波的能力。
（4）加装滤波装置。在充电站（机）就地完成谐波治理工作，未来的充电站建设可能越来越多地应用绿色充电机，即使用充电过程中能够有效抑制谐波且功率因数较高的充电机来治理谐波。
5.3研究新型电力市场。
以电动汽车和太阳能电池板为核心的双向智能家庭用电系统在将来会成为农村的主要供电形势。在城市，智能楼宇以及电动汽车充电的V2G模式也将对电力市场带来较大冲击。电动汽车的存储功能将小电源发电汇集起来与电网进行双向互动。在配网营销方面，应充分考虑新型电力市场政策对节能的引导作用，促进家庭小区与电网进行双向互动，减少碳排放。
6.总结
电动汽车以其较大的充电功率和存储功能，成为未来配电网的主要负荷之一，对配电网和家庭微电网建设起到决定性影响。充分研究电动汽车的充电行为和存储特性对未来电网的影响，充分利用电动汽车的储能优势，给以必要的政策和技术支持，建立以节能和需求侧响应为核心的电力市场。
参考文献：
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论文作者:张克诚
论文发表刊物:《河南电力》2018年2期
论文发表时间:2018/6/11
标签：电动汽车论文; 电网论文; 负荷论文; 谐波论文; 电能论文; 充电站论文; 模式论文; 《河南电力》2018年2期论文;