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新能源汽车充电对电网影响分析

王鹏

廊坊供电公司市场拓展中心,廊坊,065000

摘要: 科技在迅猛发展,社会在不断进步,新能源汽车承载着缓解我国能源危机、解决环境污染和实现我国汽车产业做大做强的历史使命,从而受到国家和行业的高度关注。而新能源汽车作为一种对电量需求较高的产物,其充电行为具有不确定性和间断性。若在不加以引导的自然状态下,其充电行为表现为随机性和无序性,将导致夜间电网用电高峰期出现“峰上加峰”现象,产生高负荷用电,不利于电网的安全和可靠工作。因此,亟需在新能源汽车高速发展阶段研究其充电对电网的影响,从而采取合适的策略引导用户充电或加强电网结构改造,以适应未来新能源汽车充电需求。本文基于电网规划和新能源汽车发展预期,研究各领域车辆充电对电网负荷的影响,同时基于充电桩进小区问题,研究用户无序充电对小区电网的影响,从而为电网规划和用户充电提出建议。
关键词: 新能源汽车;充电电网;用电负荷
DOI:10.12721/ccn.2021.157004
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近几年,我国新能源汽车产业蓬勃发展,“新能源汽车充电桩建设”也孕育于不断深入推进的汽车产业融合发展中。我国电动充电桩及基础配套设施产业政策投资支持实施力度不断加大。在2009年全国新能源电动汽车产业示范应用推广活动中,我国定下“中央补贴新能源汽车,地方补助充电设施”的产业政策指导基调,接着于2018年提出“新型基础设施建设”这一重大战略布局规划,充电基础设施被列入“新基建”的七大领域中。国内新冠肺炎疫情趋于缓和后,保持社会经济平稳运行成为政府的要务之一,推动新能源汽车产业和新能源汽车充电桩产业发展也成为实现这一要务的重要组成部分。从新能源汽车产业整体发展角度看,充电桩产业能够推动整体新能源汽车产业的布局趋向合理化,同时在新能源汽车产业发展中实现突破性,两者互为表里,息息相关。从新能源汽车充电桩的理论发展角度看,学界侧重对新能源汽车产业发展的研究,很少有人研究新能源汽车充电桩的建设发展,针对特定城市的政策分析研究更是少之又少。从充电桩实践应用研究的角度看,党和国家近年来大力发展对新能源电动汽车产业的政策扶持,在政策方针的指引下,诸多企业已开始将社会资源大量投入充电桩基础设施建设领域以加速助推新能源产业可持续发展。因此,本文就南京市新能源汽车充电桩建设展开研究讨论。

1电动汽车的未来发展趋势

新能源电动汽车必将会快速地融入到汽车市场中。随着电动汽车行业的迅速发展,全球的电动汽车市场正处于重要的转型阶段,对于汽车的要求不再只是安全快速还要其具有节能减排的作用,有资料表明全球的电动汽车产量逐年递增的趋势非常明显,增长速度越来越快。电动汽车推广初期,主要依赖政府的财政补贴,随着技术发展,环保理念深入人心,各种补贴政策在逐渐退出,解决里程问题就成为电动汽车推广的制约因素之一。增加电动汽车单次充电的行驶里程,降低购买汽车的成本,并且在操作的时候要简单方便。未来轻型材料技术在电动汽车中的应用,汽车动力电池的能量密度提高等技术手段将改善充电设备和其他设备的契合度,这些都可以提高电动汽车在选择上的优势,这样电动汽车就会被更多的车主所接受。

2 新能源汽车充电对电网影响分析

2.1插电式混合动力汽车

插电式混合动力汽车的工作原理和结构布置形式与增程式混合动力汽车基本一致。区别就是对于插电式混合动力汽车在增程式混合动力汽车的基础上增加了可以单独为电池包充电的充电系统。通过增加充电系统,可以降低混合动力汽车制造的技术难度,即采用并联式的结构布置形式即可。关于插电式混合动力汽车的结构特点与增程式混合动力汽车一致,这里不再进行赘述。

2.2新能源汽车充电预测

通过对充电桩信息管理平台已接入的3000多个公共和专用充电桩充电数据的分析,得到一天内不同时间段全省充电桩的使用次数和充电电量情况。可以看出除夜间0点和2点外,全天不同时间段充电量与充电次数变化趋势基本一致,且波峰波谷紧密贴合。分析两图夜间充电量波峰滞后于充电次数,且凌晨2点时刻用电量明显提升,是因为夜间公交车采用大功率充电桩集聚充电,导致充电次数少而用电量骤然攀升。依据现有充电桩充电数据分析未来各应用领域用电情况。以现有公共和专用充电桩不同时间段利用趋势,对各领域新能源汽车不同时间充电同时率进行预测。考虑到目前海南抄表到户实施进程依然缓慢,缺乏对新能源私家车主充电时间的有效引导,因此私家车多选择下班后傍晚至夜间充电;出租车及网约租赁车辆充电时间随机性较大,且倾向于选择专用或公共充电桩充电,为减少电费支出,车主多选择夜间电费谷时段或午后休息时间的电费平时段充电;公务车、环卫车辆和货车等运营车辆由于工作性质原因,大多采取晚间充电,其中中小型物流车辆以公司或单位自建慢充充电桩充电为主,由于缺乏抄表到户的电价引导,因此车主倾向于选择傍晚空闲时间充电;电动客车电量消耗较大,因此运营公司选择夜间电价低谷期对车辆集中充电,而在白天运营期,若电量不足以支撑运营需求,车主便需要采取大功率充电桩充电,因此电动客车表现为白天小批量随机充电和夜间集中性充电的格局。

2.3燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车的工作原理是利用氢气和空气中的氧气发生电化学反应后,形成电流使电动机来带动车辆行驶,在动力系统的布置中除了燃料电池,还配有高压电池包。这是因为燃料电池汽车在正常行驶状态下,仅依靠燃料电池既可以满足车辆的使用需求,而且燃料电池也会对高压电池包进行充电。当车辆需要加速时,为了满足车辆的用电功率,燃料电池和电池包会同时向电动机输送电能,以满足车辆的使用需求。另外,当车辆由静止状态转为行驶状态时,由于燃料电池的电化学反应需要一定的时间,此时由高压电池包向电动机输出电能。

2.4创新产业运营模式

积极培育新能源汽车充电设备配套产业创新型发展,牢牢把握“互联网+充电基础设施”的基本方向,立足用户体验感,实现充电服务标准化、智能化,推动共享充电桩市场的整合规范,严格监管。

2.5新能源整合对电网的影响及其策略

新能源的产生可以有效地减少一次能源的使用,但是也具有间歇性,随机性,调度潜力薄弱的缺点。在这一阶段,获取新能源主要包括离网储能,并网发电和两个集成系统。在电网接受度不足的情况下,新能源发电将产生负面影响,主要在以下方面:(1)电能质量。风能和太阳能发电厂受天气和环境的影响很大。两者都具有间歇性和易失性的特征。这对电压合格率有一定影响。当将新能源连接到配电网观时,原始网络线的部分输出功率由分布式电源提供,并且分支线每个节点上的电压都会增加,这会导致电压水平过高。(2)网络丢失。当新能源连接到配电网络时,配电系统会将原始的单电源辐射状网络转换为用户互连和多个电源弱电网络。这改变了网格结构,影响网络损耗的因素在很多方面都增加了,例如在原始负载情况下的电源容量和位置。解决上述问题的方法是,防止传输和分布图在负载压力过大的环境中工作,降低接入点配电网的传输功率,并扩大电网的传输裕度。为了提高系统的电压调节效果,对端子电压进行调节,从而避免了线损现象。

结语

近些年,随着一批造车新势力的加入,不仅推动了国内新能源汽车产品的高端化,更是积极地推进了我国的新能源汽车在智能化和网联化方面的发展。相信随着国内新能源汽车市场的不断扩大,以及国家对新能源汽车产业的持续支持,我国针对新能源汽车的生产制造,不仅在产品种类方面会更加的多元化,而且在技术方面也会越来越领先于传统的老牌汽车生产强国。

参考文献

[1]李怡霖.新能源汽车充电管控平台数据挖掘研究[D].2020.

[2]荆朝霞,钟童科,林志龙等.电动汽车充电行为对电网负荷曲线的影响[J].南方电网技术,2013(01):80-84.