电动汽车充电桩对城市供电负荷的影响

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1城市常规用户用电行为习惯分析

我国各省由于白昼时间的差异，制约着人们的生活作息时间，东北、西北、华北和华中、华东地区的时差约为1h左右。本文选择华中武汉充电网日负荷曲线进行特性分析，供电部门将每日划分为8：30～11：30（高峰时段）、19：00～22：00（高峰时段）、23：00～7：00（低谷时段）、其余时间（平时段）。在高峰时段，电网内涌入大量的负荷，造成用电拥挤，在这时段增加小量级的负荷不会有太大压力，但出现大型负荷波动，则会严重影响电网运行；在低谷时段，大部分设备及人们处于休息状态，负荷抖降下来，这时的负荷是大量冗余，缺少利用。

2电动汽车充电行为习惯分析

目前，电动汽车充电桩的部署及利用率并不是太高，这与电动汽车购买率及充电桩安装问题有一定关系。政府综合考虑用户实际需求，出台了小区内充电桩一桩一户及优惠电价充电等多项政策，促进了用户购买使用电动汽车的热情，加上环境保护意识的提升，电动车将逐步完全替代油车。一旦电动车完全替代油车的局面出现，将会带来大量的电网负荷需求，如果电动车充电负荷的时间恰好与城市常规用电行为曲线相近，将会出现在某时段城市电力负荷不足的现象，电网需选择全网范围内扩容变压器设备或者新建变电站来迎合电力负荷需求。如果深度分析电动车充电行为习惯，研究其与城市用电习惯的重合度及补漏性，形成一套削峰填谷的用电优化方案，就可以最大限度地提升电网资源利用率。本文综合考虑充电桩的分布位置及充电功率大小将充电桩分为4大类：集中式快充模式、集中式慢充模式、分布式慢充和办公区慢充。选取一定面积区域的充电设施使用情况调研数据，分布式慢充和集中式慢充主要集中在晚上0：00～7：00之间发生充电行为，这段时间内分布式慢充的充电桩使用250台，集中式慢充30台，总的使用功率为1035kW；集中式快充主要给公交车和出租车充电，办公区慢充主要针对私家车及班车充电，这两类主要充电行为集中发生在9：00～16：00之间，办公区慢充为50台，集中式快充为5台，总功率550kW。根据分时段用电情况可见，大功率使用主要集中在晚上，但是白天也还是会存在一定的负荷损耗。如何有效地实现电动汽车集中负荷与城市用电峰值的避错，需通过推动政策和手段改变电动汽车充电的习惯，将转移一部分充电负荷，在一定程度上改善成熟负荷波形曲线。在满足多方需求和利益的前提下，尽量选择零点之后进行电动车能量补给，避开傍晚的高峰用电时段。

3充电桩合理运行负荷模型建立

电动汽车应用过程具有随机性、分散性、规模化的特点，需对分散式充电柱的充电过程科学化、合理化管理，如按需随意性地对充电桩进行调度，将会增加电网负荷突发性不可控的问题。因此需要选择一种中间服务者，为充电桩集群提供调峰、调频、能源池调用等辅助性功能服务，将4类充电桩看做一个整体，中间服务者通过综合考虑用车行为和城市用户用电行为，融合一定的需求侧用电算法，在合适的时刻调用相应的调用规则，实现充电桩和城市配网负荷的优化配置，构建分层分区优化策略。中间服务者在配网中起到承上启下的作用，包含中间管理者的充电桩系统双层通信架构模式。双层架构模式将实现用户、中间服务者和电力公司各自利益的最大化，电力系统无需为边缘负荷的小型波动而增加新的电源系统，从而节约了建设成本，中间服务者可通过电力差价盈利，最终达到多方共赢的效果，而且还改善了整体电网的性能。调度系统将权责下放给中间服务者，中间服务者需考虑电动汽车的部署特性，充电量大和随机性强，需要解决电网的集中调度决策和电动汽车分散性的问题。因此系统将电动汽车区域分层化，形成不同的资源池，很好地规避了充电桩时空不确定的问题，将结合分布式优化控制和集中优化控制的特点，形成一套动态能源规划的控制流程，从而实现充电桩的有序充电和智能控制。通过中间服务者预测的电动汽车充电需求，结合调度中心短期负荷预测，接入目前充电汽车充电信息，调用充电汽车控制优化约束条件，依据电动汽车充电功率值、电池剩余电量、充电电流等限制，判断是否允许接入，如不满足条件，则返回做进一步调整，直到满足收敛条件才允许并网接入。

4充电桩优化控制对供电特性决策的影响

4．1错开用电负荷峰值

通过实施电价和负荷波动最小优化的控制策略调整，可明显避开白天的用电高峰时间点10：30和19：00左右出现的峰值。通过浮动的电价优惠政策避开这两个峰值，将电动汽车的使用峰值转移到附近的区段，避免了突破电网负荷最高点。在电网负荷高渗透率下，电动汽车的并网接入使得最小日负荷率有所提高，如果不采取错峰控制，将会峰值溢出。通过电动汽车系统整体调控手段，将电动车最大集中使用时间错开峰值，使城市电网用电负荷在可控范围内，智能充电优化效果更加明显。

4．2电网设施利用率提升

电动汽车充电桩接入电网后，将充分利用电网资源，不会造成电力负荷在低谷时期的资源浪费，利用电价优惠措施，避开电网高峰用电时期，不超过电网峰值负荷水平线，就不用重新布局规划新的电网设备来做负荷的补给。如果通过上线大量的核心设备作为备份，对于电动汽车的运行冲击只会产生短暂的负荷需求，之后会造成设备的闲置，因此应尽量采用合理的调控手段来使得负荷利用最大化。

4．3高准确度以降低谐波污染

充电桩的接入会产生谐波污染，从而产生谐波功率影响到计量误差。根据《国家电网电动汽车充电站典型设计》中建议的交流侧0．5S级准确度，如果脉冲电压产生的谐波过大，则会不符合电网供电要求，严重时产生跳闸、断电等危害性影响。

4．4整体改善电力市场运营体系

通过采取对电动汽车并网的整体优化控制手段后，将采用智能化的充电方式，选择合适的时段进行充电，恰当地将电网冗余负荷进行消纳，形成可免容量的成本效益。营配调一体化工作深入开展后，可利用综合平台将所辖范围内的充电电源统一管理，形成可随时调配的能源池，当配电网遇到边缘化负荷需求短时冲击时，可利用空闲的充电电源进行集中供电补给，将节约配网架构边缘化扩充建设成本。随着电动汽车的全覆盖发展，表现出的无序性和随机性将被逐步驯化，形成可调可控的有序行为，给电网带来长期的经济效益。预计2030年，有序充电产生的长期经济效益约4000亿元，短期内，可以有效地避免短期成本，节约峰值备用容量，增加供电效益。

5结语

电动汽车的引进并不是简单的将汽车动力从燃油转向为电力，而是使得电动汽车与可再生能源、电网产生良性的互动。但电动汽车具有的随机性和规模性将会给电网产生一定的冲击和影响，为使电动汽车完全融入电网系统中，需调和双方的运行方式，综合考虑多方面因素，形成良性的互动操控，指导电力系统的运行与规划，使两者之间能够保持可持续发展状态。

作者：吴志刚 单位：国网山西省电力公司