電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃對電網(wǎng)的影響研究及解決方案

安科瑞 陳聰

摘要:隨著電動汽車(EV)的快速發(fā)展，其對現(xiàn)代電力系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響。本文系統(tǒng)分析了電動汽車充電需求對電力系統(tǒng)的影響，并探討了智能充電、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)以及政策和市場機(jī)制對促進(jìn)電動汽車與電力系統(tǒng)互動的作用。研究發(fā)現(xiàn)，電動汽車的集中充電行為可能導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷峰值增加，對電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電可靠性構(gòu)成挑戰(zhàn)。智能充電和需求響應(yīng)策略能有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和儲能技術(shù)的應(yīng)用則增強(qiáng)了電網(wǎng)的靈活性和韌性。政策和市場機(jī)制的支持對于推動技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞:電動汽車;有序充電;汽車充電樁

一、引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)的需求日益增加，電動汽車(EV)作為一種清潔能源交通工具，其發(fā)展速度迅猛，正逐漸成為現(xiàn)代交通體系的重要組成部分。電動汽車不僅能夠有效減少溫室氣體排放，降低對化石能源的依賴，還有助于推動能源消費(fèi)的低碳化轉(zhuǎn)型。然而，電動汽車的大規(guī)模普及與應(yīng)用，對現(xiàn)有電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)和需求。電動汽車的充電需求將對電網(wǎng)的負(fù)荷特性、安全穩(wěn)定運(yùn)行以及未來的規(guī)劃與建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，深入研究電動汽車對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的影響對于指導(dǎo)電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整、保障電力供應(yīng)的可靠性以及促進(jìn)電動汽車健康發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐意義。

二、電動汽車對電力系統(tǒng)的需求分析

2.1 電動汽車充電模式

電動汽車充電模式主要分為慢充、快充和換電三種。慢充通常在家庭或公共停車場進(jìn)行，充電時(shí)間較長，但對電網(wǎng)沖擊小，有利于電網(wǎng)負(fù)荷的平衡?？斐淠軌蛟诙虝r(shí)間內(nèi)為電動汽車補(bǔ)充大量電能，適用于長途行駛中的快速補(bǔ)電，但對電網(wǎng)的負(fù)荷峰值和穩(wěn)定性造成較大影響。換電模式則是直接更換電池，充電時(shí)間問題得以忽略，但需要建立復(fù)雜的物流和服務(wù)體系。不后的充電模式對電力系統(tǒng)的需求和影響各不相同，合理規(guī)劃和管理充電模式對于緩解電網(wǎng)壓力、提高能源利用效率具有重要意義。

2.2 電動汽車充電負(fù)荷特性

電動汽車充電負(fù)荷特性受多種因素影響，包括充電功率、充電時(shí)間、充電地點(diǎn)等。充電功率直接決定了充電速度和電網(wǎng)的負(fù)荷需求;充電時(shí)間的選擇則與用戶的出行習(xí)慣和電價(jià)政策密切相關(guān)，夜間低谷時(shí)段充電可以利用電網(wǎng)的閑置容量，減少對電網(wǎng)的沖擊;充電地點(diǎn)的分布則影響著電網(wǎng)的局部負(fù)荷分布和變化。理解和分析電動汽車充電負(fù)荷特性，對于電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測、調(diào)度優(yōu)化以及基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃至關(guān)重要，

2.3 電動汽車充電需求預(yù)測

準(zhǔn)確預(yù)測電動汽車的充電需求對于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行具有重要意義。預(yù)測方法通常包括歷史數(shù)據(jù)分析、用戶行為研究和數(shù)學(xué)建模等。通過分析電動汽車用戶的充電習(xí)慣、出行模式以及充電設(shè)施的使用情況，結(jié)合電動汽車的增長趨勢和政策導(dǎo)向，可以建立充電需求的預(yù)測模型，這有助于電網(wǎng)運(yùn)營商合理安排電力資源，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)為充電設(shè)施的布局提供科學(xué)依據(jù)。

三、 電動汽車充電對電力系統(tǒng)的影響

3.1 電網(wǎng)負(fù)荷影響分析

電動汽車的大規(guī)模充電需求將直接影響電網(wǎng)的負(fù)荷特性。首先，電動汽車充電需求的增加會提高電網(wǎng)的總負(fù)荷水平，尤其是在晚上住宅區(qū)和白天商業(yè)區(qū)的充電高峰期，可能導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到新的峰值。其次，電動汽車充電負(fù)荷的波動性和不確定性增加了電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測的難度，對電網(wǎng)的調(diào)度和運(yùn)行管理提出了更高要求。此外，如果大量電動汽車在同一時(shí)間段內(nèi)集中充電,可能會引起局部電網(wǎng)的過載，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性，

3.2 電網(wǎng)運(yùn)行安全性影響

電動汽車充電對電網(wǎng)運(yùn)行安全性的影響主要體現(xiàn)在對電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電可靠性的潛在威脅。隨著電動汽車充電需求的增加，電網(wǎng)需要承擔(dān)更大的負(fù)荷，這可能導(dǎo)致電壓波動和電力品質(zhì)下降，尤其是在電網(wǎng)邊緣或負(fù)荷集中的區(qū)域。此外，電動汽車充電負(fù)荷的快速變化可能引發(fā)電網(wǎng)頻率波動，影響電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性。在*端情況下，如果電網(wǎng)無法有效應(yīng)對大規(guī)模電動汽車充電引起的負(fù)荷變化，可能會導(dǎo)致電網(wǎng)故障甚至大面積停電。

3.3 電網(wǎng)規(guī)劃與擴(kuò)展需求

隨著電動汽車的普及，電網(wǎng)規(guī)劃和擴(kuò)展面臨新的挑戰(zhàn)。電動汽車充電需求的增加不僅需要更多的發(fā)電能力，還需要電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的改造和擴(kuò)建，以適應(yīng)更高的負(fù)荷需求和保證電力供應(yīng)的可靠性。這包括增加變電站容量、升級配電網(wǎng)設(shè)施、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，為了應(yīng)對電動汽車充電負(fù)荷的不確定性和波動性，電網(wǎng)規(guī)劃還需要考慮引入更多的可再生能源和儲能設(shè)施，以提高電網(wǎng)的靈活性和韌性。

3.4 可再生能源整合的影響

電動汽車的充電需求增加為可再生能源的整合提供了新的機(jī)遇。通過優(yōu)化電動汽車的充電時(shí)間和模式，可以促進(jìn)太陽能和風(fēng)能等可再生能源的消納，提高其在能源結(jié)構(gòu)中的比例。例如，鼓勵電動汽車在太陽能發(fā)電高峰期間充電，可以直接利用太陽能發(fā)電，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放。此外，電動汽車還可以作為移動儲能單元，通過車網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的雙向互動，不僅可以在電力需求低谷時(shí)儲存能量，在高峰時(shí)段釋放能量回饋電網(wǎng)，還可以提供頻率調(diào)節(jié)、電壓支撐等輔助服務(wù)，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可再生能源的利用效率。

四、解決方案

圖1 平臺結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監(jiān)控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營成本，平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2 充電樁運(yùn)營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖4 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖5 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營趨勢統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營信息查詢、站點(diǎn)對比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖6 運(yùn)營趨勢界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

圖9 訂單查詢界面

六、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營管理的市場需求。實(shí)現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能；智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等；遠(yuǎn)程升級：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級；保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能；適配車型：滿足國標(biāo)充電接口，適配所有符合國標(biāo)的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。

七、現(xiàn)場圖片

八、結(jié)論

電動汽車的廣泛應(yīng)用對電網(wǎng)負(fù)荷特性、運(yùn)行安全性和規(guī)劃擴(kuò)展提出了新的要求。智能充電和需求響應(yīng)能有效管理電動汽車充電負(fù)荷，減輕對電網(wǎng)的影響。車聯(lián)網(wǎng)和儲能技術(shù)的結(jié)合提升了電網(wǎng)的靈活性和韌性，有助于電動汽車與電力系統(tǒng)的深度融合。政策和市場機(jī)制的完善是推動這一進(jìn)程的關(guān)鍵。