电动汽车充电负荷时空分布及其对配电网的影响


    电动汽车充电负荷分布及其对配电网的影响 摘要:电动汽车以电作为动力驱动汽车,是一种零排放或低排放的绿色交通工具。电动汽车大规模接入电网充电,将对电力系统的运行与规划产生不可忽视的影响。一方面,电动汽车充电将导致负荷增长,若大量电动汽车集中在负荷高峰期充电,将进一步加剧电网负荷峰谷差,增加电网负担,另一方面,电动汽车用户充电时间与空间分布的不确定性,将加大电网控制的难度。因此,开展电动汽车充电负荷的时空分布及其对配电网影响的研究具有重要意义。 关键词:电动汽车;充电负荷;配电网规划 1、影响电动汽车负荷的主要因素 影响电动汽车充电需求的因素主要包括动力电池、充电设施、用户行为三个方面。动力电池的容量影响用户的充电频率,充电设施的等级、分布和配置比例影响用户充电频率和充电功率;用户行为的随机性是导致电动汽车充电负荷不确定性的关键因素。电动汽车主要有私家车、公交车、出租车、公务车、环卫车等。充电方式分为常规充电、快速充电、整车换电,充电地点一般在充电站和各停车场所,充电时间由用户的行驶规律和电池特性而定。电动汽车的充电负荷具有时空的随机性和动态性,为提高负荷预测的精度,必须掌握不同充电地点,不同时间的充电行为。就一辆电动汽车而言,充电负荷由充电接口功率、充电时间长度决定,其时间长度与电池初始荷电状态(SOC)有关,而电池的SOC状态取决于电动汽车的日行驶里程。因此,用户的驾驶行为和充电接口特性将决定车辆充电行为和充电负荷分布。就一个区域而言,要想得到某一个时间点的总充电负荷,需要将所有正在进行充电的电动汽车的负荷进行叠加,但不同功能区车辆的规模、类型、开始充电时间都不尽相同。 2、电动汽车充电负荷的时间分布 一个区域大规模充电行为的时间分布与电动汽车行驶规律、电池的荷电状态、开始充电时间以及采用充电方式的比例有关。考虑到不同功能区、不同车辆,当采用不同充电方式时,开始充电时间也不相同。本文假设公交车夜间在停车场进行常规充电,日间当慢充所充电能不足时采用快速充电方式;私家车在返回家后进行常规充电,快速充电作为应急备用方式;由于运营需要,出租车主要集中在早晚交接班前和午饭时段,利用商业区等地的公共快速充电设施进行充电,运营低谷期可采用常规充电。常规充电开始时间主要集中于私家车返回家中以及公交车结束运营后,对每一辆车并无规律可言,但大量的电动汽车同时充电时,其概率密度近似服从分段正态分布。快速充电方式以较大的电流在短时间内完成充电服务,但对电池的寿命有较大的影响,本文假设车主优先选择常规充电方式,快速充电方式作为电能不足时的应急备用,充电时间随机性强,可认为其均匀分布在不同时间段。不同充电方式的充电功率、充电时间以及对电网的影响均不同。已有的研究通常主观给定充电方式的比例,与用户选择充电方式的实际情况不符。基于不同充电方式对电池寿命、电网冲击、充电费用等因素的考虑,假设当常规充电所补充的电能不能满足之后计划的行驶里程要求时,采用快速充电方式进行能量补充,因此电动汽车采用快速充电方式的概率可通过常规充电电量与之后的行驶里程消耗电量的差值小于电池的最低要求安全电量的概率确定。 3、电动汽车充电负荷空间分布措施 考虑空间有序性,就是在满足配网运行约束的前提下合理进行充电站的选址和定容,避免出现网络阻塞。充电设施服务优化。将电动汽车充电设施规划划分为示范阶段、公益阶段和商业运营阶段,并分析每个阶段的特点;提出了充电方式的选择优化模型,并基于此对各充电方式进行充电需求预测。研究结果表明,通过合理配置充电设施,可以提高充电设备综合利用效率,实现有序均衡充电。充电站最优选址、定容。建立了以充电成本和充电投资最小为目标的多目标优化模型,该模型主要考虑充电站的最优布局和规模,是对探索充电站优化布局的有益尝试,为充电空间有序性研究提供了借鉴。指出当前缺乏电动汽车充电站布局规划的成熟理论,考虑充电站特点、充电行为特点、充电需求的分布以及电网规划、城市规划等因素,提出了一种充电站优化布局的多目标优化算法。给出了一种充电站布局优化的两阶段方法,首先把道路信息量化为一些数据点,然后应用聚类分析方法确定覆盖城市主要道路的一些充电站站址。依据网格划分的思想提出了一种充电站选址和定容的方法,使得车主在到达充电地点期间的成本最小。选址模型主要依据充电总成本最小,包括到达充电站中间的功率损失成本和行驶过程中的间接成本。定容模型主要由充电站的交通流量换算出总的充电功率需求所决定。 4、电动汽车充电负荷对配电网运行的影响 4.1对配电网电能质量的影响 电动汽车的接入将对充电位置及充电功率提出更高的要求,由于充电位置不能入户,则需要重新安装电能计量设备。汽车为人类的生活提供了便利,电动汽车若想在一定程度上替代传统的燃料汽车,必须能够实现电能量的快速补充,如采用快充方式,则单台电机的充电功率便可能达到数十千瓦以上。多个快速充电桩同时工作所产生的功率冲击将导致配电网局部过负荷,进而影响配电网的稳定运行。此外,由于电动汽车采用大量非线性的电力电子型设备进行双向变流充放电操作,因而充电时直流电流将会在交流的三相之间不断换相,所产生的谐波污染会对系统电能质量造成不利影响,如电压偏差、频率波动、功率损耗等。 4.2对配电网调度控制的影响 电动汽车充电负荷具有较大的随机性,主要表现在电动汽车用户用车行为、充电时间与空间分布具有较强的不确定性,这将在一定程度上增加电网的控制难度。传统配电网采用了无源的辐射状结构,运行调度相对简便,电动汽车的移动储能特性将影响调度员负荷预测工作的准确性,配电的调度过程也随之发生较大变化,进而导致监控与调度的难度有所增加。电动汽车动力电池可以作为分布式电源按照国家电网公司的需求向配网充电。电动汽车的规模正不断扩大,并且其自身具有移动性、分散性等特点,因此电动汽车充放电设施将对配电网规划中的配电容量设置、配电线路选型、继电保护设置等产生巨大影响。同时,电动汽车充放电负荷受其自身行驶特性的影响,具有很大的随机性,对配电网调度及运行技术也提出了更高的要求。 4.3对配电网网架结构的影响 含电动汽车的新型配电系统的网架规划与传统配电系统网架规划相比,由于电动汽车具有充放电双重特性,相当于一定程度上抵消了部分区域负荷,因此网架规划涉及的规划数据均发生了较大变化;同时考虑到新型配电系统中电动汽车充放电的时间、地点不确定,因此对规划过程中的出线回数、线路选型和线路走廊等方面均有所影响。首先,电动汽车的接入增加了负荷的随机性,这在很大程度上影响了出线回数的预估计,增加了规划投资。同时,在新型配电系统中,考虑多电源点情况下馈线中存在双向潮流,并且随着天气条件的变化,电动汽车的电能需求有很大范围的波动,对各段线路的线径需求变得复杂,进而影响线路选型。另外,对于大量电动汽车接入的配电网,供电范围内的负荷密度会有差距,这就会使配电网的线路走廊发生变化。 结束语 随着电动汽车规模化发展,未来电动汽车充电负荷时空分布是研究电动汽车充电控制等问题的基础。本文在分析电动汽车空间分布特性的基础上,对我国配电网系统产生的影响做了分析。 参考文献 [1]李含怡,赵彩虹,陈笑,胡骏,陈子奇.电动汽车充放电模式对电网日负荷的影响[J].南京师范大学学报(工程技术版),2015,03:11-17. [2]杨萌,艾欣.基于SM/AMI的配电网监控体系研究综述[J].现代电力,2015,05:27-34. [3]张择策,武泽辰,聂克剑,沈天时.基于Benders分解的电动汽车充电站选址决策研究[J].四川电力技术,2015,05:81-85. [4]喻超,王保华.电动汽车关键技术现状与发展[J].湖北汽车工业学院学报,2015,03:39-43. 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    贡献于2019-09-25

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