區域電動汽車接入電網研究

錢曉偉+沈毅君

摘 要： 近幾年，杭州倡導的“節能減排，綠色環?！背蔀楹贾菔邪l展的必選，根據統計到2016年6月底，杭州主城區的5006輛運營車中清潔能源和新能源車將達到4383輛、提升電動汽車數量，將會不斷優化終端能源消費結構，增加全社會電能使用，不斷拓展售電市場增長空間，實現社會與企業效益的雙贏。

關鍵詞： 電動汽車；接網

1. 引言

杭州市能源消費以原煤、原油和電力為主，隨著經濟的增長和產業結構的調整，能源消費總量及其增長速度呈現階段化特征，原煤用量逐年下降，電力需求逐年上升，在發展經濟的過程中，應明確能源清潔化發展目標，通過實施“兩個替代”，轉變能源利用方式。大力實施電能替代工程，積極引導全社會用能單位煤改電，油改電，促進節能減排，推動綠色、低碳發展。

“十三五”期間，我國將全面推進各個領域的電能替代，實現能源終端消費環節替代散燒煤、燃油消費約1.3億噸標煤，帶動電煤占煤炭消費比重提高約1.9%，帶動電能占終端能源消費比重提高約1.5%，促進電能消費比重達到約27%。預計可新增電量消費約4500億千瓦時，減排煙塵、二氧化硫、氮氧化物約30萬噸、210萬噸、70萬噸。尤其是在交通運輸領域，主要針對各類車輛、靠港船舶、機場橋載設備等，使用電能替代燃油。

根據杭州市政府對電動汽車發展的大力支持，預計杭州市2020年電動汽車共有5.805萬輛，其中公交車1500輛，環衛車800輛，私人乘用車5.2萬輛，物流車3750兩，公務車2500兩，出租車1250輛。

2. 公交集中充電站

2.1 負荷需求

公交純電動汽車的快充為交流充電樁，車樁比按照1：1，每個充電樁按照80-100kW（實際充電時為60-70kW）設計。充電樁的供電可靠性要求無需低壓聯絡，只須雙路供電來自不同電源即可，發生“N-1”故障時通過轉移公交車充電位置解決。

2.2設計容量

杭州主城區按最終5000輛均為純電動汽車規劃用電，總裝機容量達到50萬kVA報裝容量。一個大型停保場基本上配置超過300個充電樁，報裝容量接可達到3萬kVA以上。近期544輛常規柴油公交車置換為純電動汽車需要報裝容量5.44萬kVA左右。

2.3負荷特性

公交快充基本上在晚上22時以后到次日6時之間工作，并且很快達到用電高峰，負荷上升急劇，短時達到裝機容量的50%以上，而其他時段負荷很小。這種負荷特性剛好與白天的商業、辦公等負荷錯開，可提高主變的利用率。大型停保場的充電樁可先考慮35kV及以上電源接入，減少對10kV供電質量的影響。

根據現有運行數據，一輛新能源公交大巴完成充電時間為3小時左右，一個晚上一個充電樁可以為2輛汽車充完電。為保證公交大巴的充電樁充電可靠性，充電樁集中場地至少兩路10kV及以上電壓供電，其低壓不聯絡，每路供電的充電樁數量應相當，以保證新能源公交車次日均能完成充電。

2.4 接入方式

根據區域供電能力，按以下原則進行電源接入規劃。

1）快充樁200個以內，宜采用10kV兩回線路供電。

2）快充樁200個以上，600個以內（裝機容量達到20000kVA-60000kVA），宜采用35kV兩回線路供電，專變單臺最大可用31500 kVA。電纜采用單芯電纜，截面可選185-400；單芯185電纜的控制負荷為21800kW；單芯400電纜的控制負荷為32100kW；

3）不建議充電樁600個以上，若有原則上采用110kV供電，或可考慮增加35kV電源至3回線路供電。

4）特殊供電區域，根據電源點分布，進行綜合分析，兩回線路可以采用不同主變供電的不同電壓等級的電源供電。例如1回35kV，1回10kV。

3. 分布式充電站

小區電動汽車充電一般集中在晚上9點之后，與負荷高峰時間錯開，可以起到削峰填谷左右，但停車場以及一些公交站點充電設備白天也存在使用的可能，與電網負荷高峰存在重疊的可能，負荷進一步增大，尤其是大型商場停車場，區域原有負荷密度較高，線路負載率較高，大量電動汽車充電設施負荷接入接入可能導致線路重載，因此對該類型新建區域應充分預留電動汽車接入負荷，現有區域應該考慮負荷分流方案。

對于分布式充電站負荷增長主要考慮在電力設施布局規劃中為未來電動汽車的大面積推廣預留容量：根據《杭州市推進新能源汽車充電基礎設施建設實施辦法（征求意見稿）》，新建住宅停車庫充電樁電表箱、用電容量按10%的比例預留；其他建筑工程均按配建停車位數量10%的比例預留布線條件、電表箱位置和用電容量（慢充樁每個充電設施10kW，快充樁每個充電設施60kW）。最大負荷增量適當考慮在每個控規單元中按居民小區停車位慢充樁與商業用地停車位快充樁合理分配。

4. 電能質量影響

電動汽車接入對輸電網的影響是間接的。隨著大量電動汽車接入，導致用電負荷的增長，而充電負荷的時空不確定性將主要對輸電網安全、經濟運行以及輸電網規劃產生影響。電動汽車接入對電力系統的影響主要在配電網層面，電動汽車充電負荷較常規負荷具有時空隨機性強的特點，給配電網運行帶來了更多的不確定性。主要涉及配電網的電能質量、可靠性和經濟運行等方面。

電動汽車的接入對配電網電能質量的主要影響包括電壓下降，諧波污染和三相不平衡。其中電動汽車接入電網后對電力電子設備造成的諧波污染體現在以下4個方面：一是使測量儀表不準確；二是易損壞大容量電容器；三是加重的負荷使電力導線過熱；四是使保護裝置誤報警。研究表明，電動汽車在深夜充電時，將成為造成電壓畸變的主要設備，充電產生的諧波可能對變壓器的壽命、電纜以及繼電保護裝置造成影響。在大量電動汽車接入情況下會帶來三相不平衡問題，電動汽車充電負荷應在三相之間合理分配。

5. 結論

1）當線路負載率較低時，合理的電動汽車接入電網充電將會提高線路的運行效率，使線路經濟運行；但是當電動汽車接入數量增加時，由于流經線路和變壓器的電流增大，導致線路負載過重，線路的負載損耗增加，從而讓線路從經濟運行區域轉變到非經濟運行區域。

2）大量的電動汽車接入電網充電會影響線路的節點電壓，尤其是末端節點電壓會嚴重下降，影響用戶的正常用電。

3）隨著電動汽車接入數量的增加，無控制的電動汽車充電需求會對電網產生較大的負面影響，應當對其加以控制和引導。

參考文獻

[1]胡榮等. 電動汽車快速充電站的負荷特性[J]. 上海電力學院報，2012年2月.