0.引言
随着社会经济的快速发展，能源危机和环境污染已经成为当前人类急需解决的难题。电动汽车作为一种新能源汽车，具有高能效、低污染、低噪声和对环境因素的依赖性较小等特点。电动汽车的普及不仅可以实现低碳环保，还可以消纳间歇性可再生能源的发电，给能源危机、环境污染、气候变暖等问题提供了一个解决途径。
本文将电动汽车的类型细分为电动私家车、电动出租车和电动公交车，在详细研究各类电动汽车的充电负荷特性基础上，建立了电动汽车充电负荷模型，并仿真得到各类电动汽车充电的日负荷曲线，最后将电动汽车总充电负荷曲线和某地区的基础负荷曲线叠加，分析电动汽车自由充电条件下对电网的影响。
1、电动汽车的负荷特性
1.1电动私家车充电负荷特性
通过对几家电动汽车企业的新款电动汽车进行调研，得到不同型号电动汽车的基本参数如表1所示，包括最大续航里程、电池容量、充电时间和百公里耗电量等参数。随着蓄电池技术的发展，蓄电池的储能密度逐渐增大，电动私家车的最大续航里程也逐步提高。影响电动私家车日行驶里程的因素很多，但对于城市上班族来说，工作日和非工作日的行驶里程有明显的差别。通过对美国交通部的调查数据(NHTS)进行分析可知，电动私家车在工作日的日行驶里程数服从对数正态分布。对于非工作日，电动私家车的日行驶里程则近似服从指数分布。假设电动汽车充电起始时刻为该用户当日最后一次返回停驻地时刻，通过对NHTS的调查数据进行分析可知，电动私家车最后一次返回停驻地的时刻的分布具有明显的规律性。在不失一般性的情况下进行统计分析可知, 电动私家车的起始充电时间服从正态随机分布。
1.2 电动出租车充电负荷特性
电动出租车的基本参数与电动私家车基本相似，但由于电动出租车的日均行驶里程较多，对蓄电池的容量要求也较高。
通过分析出租车的实际运营情况可知，电动出租车的日行驶里程根据实际情况的不同有所差异，但总体上近似呈正态分布。本文根据实际情况，将电动出租车的营运时段划分为0:00-14:00和14:00-24:00这两个时段进行考虑,每个时段充电一次。假定电动出租车在0:00-14:00时段的日行驶里程服从N(375,152)的正态随机分布，在14:00-24:00时段的日行驶里程服从N(350,152)的正态随机分布。
电动出租车每天需要充电两次，为了避开早晚高峰和减少非营运时间，可在白天14:00-16:00和夜间 3:00-5:00进行充电。本文假定电动出租车在0:00-14:00时段的起始充电时刻服从N(240,1002)的正态随机分布，在14:00-24:00时段的起始充电时刻服从N(900,1002)的正态随机分布。
1.3 电动公交车充电负荷特性
电动公交车的行驶里程相对较长,动力电池容量较大,因此充电所需时间较长。由于电动公交车的行驶路线基本固定，因此电动公交车的日行驶里程数较平均。尽管各条线路的长度存在差异，但通过对实际营运公交车的调研可知，本文假定电动公交车的日行驶里程数服从均匀分布[200,250]。
电动公交车的营运时间比较固定，一般是白天营运，晚上进行集中充电，电池充满后必须能够满足一天的营运。本文假定电动公交车的充电时间段为22：30-6：00，其起始充电时刻为该时间段内的任意时刻，且服从均匀分布。
2、电动汽车自由充电条件下的负荷建模
电动汽车在自由条件下的充电负荷具有随机性，要准确模拟电动汽车的充电负荷曲线，可采用蒙特卡罗模拟法进行求解。蒙特卡罗是一种基于概率统计理论的方法，它将目前所解决的问题当作是一种随机事件的概率,也可以将其看作是随机事件的期望值。按照某种实验的方式,通过某随机事件的出现频率来计算该事件的概率,或者是求得其数字特征,将实验所得的结论作为问题的解。
本文跟据不同用途电动汽车的特性分布函数和设定参数,采用蒙特卡罗法,对各用途电动汽车的日行驶里程、起始充电时间概率分布参数进行随机抽样,计算初始荷电状态和充电所需时长,进而计算得出各类型电动汽车的日充电负荷曲线,最后通过叠加各用途电动汽车的日充电负荷曲线得出总的日充电负荷曲线。
3、电动汽车自由充电条件下的负荷
通过分析三类电动汽车的负荷曲线可知，在自由条件下电动汽车进行无序充电时，电动汽车的充电负荷曲线都会出现较大的峰谷差。电动私家车的充电负荷主要集中在下班时间的20点左右，这个时间段大部分电动私家车已经回到停车场开始充电；电动出租车的充电负荷主要集中在两个常规的充电时间段；电动公交车的充电负荷则集中的凌晨，这是根据其营运规律决定的。
4、电动汽车自由充电对电网负荷的影响
为了得到电动汽车自由充电情况下的充电负荷对电网负荷的影响，本文将三类电动汽车的充电负荷曲线进行叠加，得到电动汽车自由充电情况下的总充电负荷。电动汽车总充电负荷曲线呈现出多峰值。由于电动公交车的充电负荷较大，其对总充电负荷的影响也较大，因此第一个峰值时刻与电动公交车的负荷峰值时刻基本相同，出现在凌晨一点半左右；第二个峰值时刻出现在凌晨三点至六点，此时电动出租的充电负荷达到了峰值，电动公交车则维持在一个平稳的充电状态，将电动公交车的充电负荷和电动出租的充电负荷进行叠加后；第三个峰值时刻出现在16：00-21：00，这是由于电动出租车充电负荷与电动私家车的充电负荷进行了叠加。
通过上述分析可知，电动汽车的接入必然会对电网带来不可忽视的影响，并且如果让电动汽车自由无序的进行充电将会加剧电网负荷的峰谷差，并使配电网络潮流分布发生显著变化。为了分析电动汽车自由充电对电网负荷的影响，本文将某地区的基础负荷曲线与电动汽车的总充电负荷曲线进行叠加，得到电动汽车接入电网后的总负荷曲线。电动汽车充电负荷的接入对电网的总负荷曲线有较大影响，主要体现在增大了峰值负荷，给电网设备的安全运行带来了不稳定因素；另外，加剧了电网负荷的峰谷差，造成发电机组运行效率低下和发电成本增加，同时增加了电网运营规划和调度、管理、控制上的难度。
5、总结
随着新能源汽车技术的发展，电动汽车的经济性和可靠性将逐步提升，未来电动汽车的普及率越来越高。本文研究结果表明，大规模电动汽车的渗入，将引起和导致新一轮的负荷增长。如果任由电动汽车无序接入充电，势必会造成电网负荷峰上加峰的现象，给电网的安全稳定运行造成极其恶劣的影响。因此，有必要对电动汽车的充电行为进行有效的引导和规范，并制定出合理的电动汽车有序充电策略。
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