含电动汽车充电设施的光伏发电微电网探索

高波

摘要：随着经济快速发展，能源行业面临巨大挑战，同时也不断迎来新机遇，在能源危机日益严峻的今天，积极开发和使用新能源已成为各国重要的发展使命。本文重点分析电动汽车充电站结合分布式光伏发电的应用，介绍电动汽车及分布式光伏发电的基本情况，并阐述两者结合应用的新思路。

关键词：电动汽车;光伏发电;微电网

环境污染和能源危机已成为全世界面临的共同问题，随着用电量的增长，环境污染、能源短缺问题日益严重，人们不得不对传统大电网模式重新进行思考。为解决问题，一方面人们寄希望于提高能源利用效率，另一方面寻求化石燃料的替代品，促使了电动汽车和光伏发电产业蓬勃发展起来。但两者在解决问题的同时，给电网负荷调配、电网稳定等方面带来很大影响。随着微电网发展，通过微电网模式，将光伏发电与充电站结合，实现清洁能源就地消纳，减少对公用电网影响，成为解决环境污染、能源危机的新途径，对电网发展具有重要意义。

一、电动汽车及分布式光伏发电概述

电动汽车作为新能源汽车发展方向之一，对节能环保、减少碳排放具有重要意义。近年来，在各项政策刺激下，电动汽车产业出现前所未有的“大干快上”局面[1]。但电动汽车充电设施大批量的接入对电网负荷调控、谐波控制等均有较大冲击和影响。而分布式电源特别是光伏发电已经取得长久发展，技术也较為成熟，但因分布式电源具有分散性及不稳定性，大量分布式电源的接入也会给电网的稳定运行造成影响。

（一）电动汽车

近几年电动汽车产业蓬勃发展，不仅欧美、日本等传统造车业强国持续加大对投入与开发。国内也有越来越多的企业、高校和科研团队在对此进行研究，电动汽车研发热潮在我国不断高涨，也促使国内电动汽车产业快速发展，目前国内相关专利已超过2000项，在电动汽车领域有一定的竞争力[1]。

2012年我国明确了以电驱动型汽车作为汽车转型的重要发展方向，电驱动型汽车类型如表1所示。

但电动汽车大规模应用带来充电难题，目前多以主网为单一供电源的电动汽车充电站已经在世界各地应用，但随着充电站在配电网中渗透率不断增大，造成电网的负荷调配难度增大。

（二）分布式光伏发电

我国光伏产业1970年才开始建设，90年代光伏产业得到一定发展，我国政府通过制定电价补贴、配额交易等政策支持光伏产业发展，2013年成功渡过“双反”危机后，光伏产业在国内得到大力发展[2]。

光伏发电主要有集中式和分布式两种应用形式。截止到2019年9月，我国集中式装机容量约占总量的80.7%，而分布式电源仅占19.3%，这种比例构成与国外有较大差别，电力就地消纳能力较差[2]。我国已提出“自发自用、余量上网、电网调节”的分布式发电模式，分布式光伏将是我国重点鼓励建设的形式。

二、含电动汽车充电站的光伏发电微电网探索

（一）分布式光伏系统独立运行设计

光伏发电通过DC/DC转化之后，可存储于蓄电池等储能系统，当分布式光伏发电量充足时，光伏单元直接向电动汽车充电，若是光伏电源供应不足，则可借助储能单元向外接续供电，电动汽车能够获得较为持续的充电供应[3]。但分布式光伏发电受日照等环境影响因素大，且储能系统电池寿命有限、价格昂贵，且需配备较多储能单元，实施成本高、可靠性差。

（二）分布式光伏系统并网运行设计

在太阳光照条件充足情况下，光伏发出的电能供给电动汽车充电、蓄电池满电状态维持，剩余部分可通过逆变单元及时流向0.4kV交流母线，在夜间或光照不良时，公用电网便会为充电站提供充电电能。储能系统可以视作后备电源，在特殊时段无法进行电量供给，或遇到电网故障时，储能系统可继续为电动汽车充电，保证充电站的高可靠性[4][5]。

光伏充电的主要应用场景。

三、含电动汽车充电的光伏发电微电网并网运行优化思路

构建“含电动汽车充电的光伏发电微电网”发电及用电数学模型，用模糊变量表示负荷预测值并充分考虑经济、可靠性。进一步，搭建微电网接入公共电网模型，综合考虑对公网影响（电能质量、电压调整）、微电网运行费用、微电网可靠性等为多目标规划数学模型，并采用启发式算法与遗传算法相结合对模型求解。寻求微电网并网最优控制算法，实现系统的自动切换控制，即实现微电网的可靠性、经济性，又减少微电网对公网影响，也为配电网规划提供新思路。

结语

建立含光伏发电与充电站的微电网，有望充分利用两者优势，减少对公用电网影响，并在主网停电时孤岛运行，具备高可靠性。

参考文献

[1]以电动汽车、充电桩等互联互通为重点我国将加快推进智能网联汽车发展[J].电力勘测设计，2020（06）：80.

[2]李蔚.我国太阳能光伏产业发展趋势探讨[J] .电源技术，2014，33（8）：742-743.

[3]郑伟民，任宏涛，邓卿，孙可，王蕾，文福拴.计及引导型充电控制策略的电动汽车充电设施与配电系统协同规划[J].电力科学与技术学报，2019，34（03）：24-36.

[4]喻恒凝，黄力，张思东，陈后全，唐超，黄云辉.分布式光伏和电动汽车接入对配电网网损和电压偏移影响的分析研究[J].智慧电力，2020，48（01）：28-34.

[5]刘成.某市分布式光伏和充电桩并网对公共电网电能质量的影响分析[J].红水河，2019，38（03）：48-53.

[6]裴文杰，汪沨，谭阳红，梁芳蔚，尹健.含光伏分布式电源配电网的电动汽车充电站机会约束规划[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（06）：45-52.