电动汽车充电对电网影响综述

摘 要：电动汽车在充电过程中成为接入电网的一个负载，大量用户在给电动汽车充电过程中对电网造成了一定压力。本文分析了电动汽车充电对电网影响，阐述目前的应对策略，指出了目前应对策略的不足，并提出了建议。

关键词：电动汽车充电 电网影响 应对策略

Abstract：Electric vehicles become a load connected to the grid during the charging process， and a large number of users put a certain pressure on the grid during the charging process of electric vehicles. This article analyzes the impact of electric vehicle charging on the power grid， expounds the current countermeasures， points out the shortcomings of the current countermeasures， and makes recommendations.

Key words：electric vehicle charging; power grid impact; countermeasures

1 引言

随着碳排放的要求越来越严格，传统的燃油汽车受到强烈冲击，因此，零碳排放的电动汽车随后出现。用户在购买新车的过程中，由于电动汽车在使用过程中低碳、节能、环保的特点，越来越多的人选择电动汽车作为自己的购车首选。国家为了促进电动汽车成为人们购车首选目标，国家对购买电动汽车的用户给予一定的购车补贴，并且电动汽车在城市道路行驶实行不限号政策，促进人们对电动汽车的消费。

美国在电动汽车领域研发比较早，具有知名度的电动汽车比如特斯拉。目前国内众多知名车企都开始研发电动汽车。比亚迪、小鹏、蔚来等在国内汽车的销量非常不错，电动汽车的数量也随之增多。电动汽车主要以电力为能源，在电动汽车充电的过程中，增加了电网的负荷，因此，电动汽车充电给电网带来的危害不容忽视。文献[1]关于电动汽车的电池特性、充电模式以及用户行为习惯对电网产生的影响，利用蒙特卡洛法在MATLAB中对单台电动汽车充电负荷进行建模，得到了一天内电动汽车的平均充电负荷曲线，为电动汽车充电对电网影响的研究提供了基础。文献[2]基于随机、网损最优以及分时电价三种不同的充电方式对电网的影响，建立了以网络总损耗最低和用户充电支出与负荷波动方差综合最低的有序充电模型，应用群搜索算法进行求解。结果表明，随机充电方式对电网影响最大，网损最优和分时电价充电都能够有效环节大量电动汽车充电给电网增加的压力。文献[3]针对电动汽车充电对电网的负荷节点电压以及网络损耗的影响，采用了动态多目标的电动汽车优化充电调度策略，改善了电网运行指标和用户利益。研究人员们都对电动汽车充电给电网带来的影响进行了分析研究。本文在研究人员的基础上，主要针对当经电动汽车充电对电网产生的危害及控制策略进行了简要总结，并提出了相关建议。

2 电动汽车充电对电网影响

2.1 能源供给

随着电动汽车的数量一年比一年多，电动汽车充电所消耗的电量占社会用电总量的比重在逐渐增加。电动汽车充电行为缺乏规范化的管理，出现了无序充电行为。由于电动汽车的无序充电，在某时刻，会出现电动汽车充电峰值，从而导致电网出现用电高峰期，增加电网的负荷。因此，面对电网负荷的增加，通过加大电网建设和增加装机容量来缓解电网压力，容易导致电网设备利用率下降，带来不必要的浪费。

2.2 稳定运行

大量的电动汽车在充电过程中的随机性，导致电网用电也产生较大的波动，电网的负荷忽高忽低，使电网系统运行和控制的稳定性降低。大量的电动车无序的接入电网，导致电网的稳定性降低[4]。当过量的电力能源被电动汽车充电所占据，电网电压过低，将导致大部分用电器无法正常的工作。

2.3 网络损耗

电网中的网络损耗由两类组成，空载损耗和负载损耗[5]。空载损耗和线路中的电压相关和电流无关[6]。负载损耗也称为可变损耗，与线路中的电流平方有关，电流越大，负载损耗就越大，反之越小。在电网用电高峰期，此时电网的负荷处于高峰时段，电网中电动汽车的接入，电网的负荷将升高，从而，电网的电压将会降低，这样以来电网的线路损耗和变压器损耗将增大。

2.4 谐波污染

用于电动汽车充电设备是一种非线性的负载[7]，将其接入电网中，容易使电网出现谐波污染。电动汽车充电过程中会向电网输入谐波，谐波的产生会对接入电网的用电设备产生干扰[8]，谐波产生的谐波電流还会使电网系统中相互并联的大容量电容器发生损坏。较大的谐波电流会增加电网系统的能耗，产生无用功率，增加电力设备负荷，导致电网侧功率因素降低，电网中的有功功率也会降低[9]。电网中产生多余无用功将主要以产热的方式消耗，温度的升高将导致电网系统运行可靠性降低。由于谐波的干扰，电动汽车控制保护系统运行的稳定性降低，大规模电动汽车充电过程产生的谐波污染，使整个配电网质量严重下降。

3 电动汽车充电对电网影响的应对策略

3.1 有序充电方法

在日常生活中，对电动汽车充电实行有序优化控制可以避免用电重叠时间和用电高峰期[10]，从而降低峰谷差并提高经济效益。因此，需要从电动汽车每天的耗电量需求展开探索，在充电技术或者经济手段引导电动汽车展开有序充电，提高电动汽车充电管理水平。目前，为了对电动汽车充电行为进行有序控制，采取了分时电价的方式培养用户充电行为。该策略在满足用户充电的同时，降低了高峰时段电网的负荷。

根据电力系统中负荷的变化情况，将一天24小时划分为三个时间段，分别为用电峰时段、用电平时段以及用电谷时段，不同时间段采用不同的电价机制。

根据用户在一天中用电所给电网带来的负荷制定出分时电价需求响应模型。预测电网中接入用户的负荷量，制定峰时段、平时段以及谷时段的不同水平的电价。

用户按照分时电价机制合理充电，提高电力设备的利用率并达到削峰填谷的作用[11]。依据文献[12]中的负荷需求量，得出电价划分表，通过计算分析将峰时段划分为平峰与尖峰两个时段。电价划分如表1所示。

通过电价划分表可以看出，在1：00-7：00之间，电网处于谷峰时段，电价最低，这个时间段，电动汽车接入电网进行充电，对用户充电十分经济。低谷时段，电网负荷小，电动汽车接入电网，合理的利用电网能源，减轻了尖峰时段电网的压力。通过分时电价调控策略，合理的利用了电网能源，提高了用户使用电动汽车充电的经济性。

3.2 谐波抑制技术

电网中产生的谐波污染不可忽视，以下是关于对电网中出现的谐波抑制技术进行了简要分析。

如今较为成熟的谐波抑制方法分为无源滤波和有源滤波。无缘滤波的用途不仅有滤波作用还有调压方面的需要。无源滤波设备电路简单运行可靠性好[13]。由于无缘滤波在工作过程中受系统的参数影响较大，只能消除待定的几次滤波，随着滤波电流的增大，会导致滤波设备过载及设备的损坏，随着电力技术的进步，人们逐渐往有源滤波技术的研究。有源滤波可以对不同大小和频率的谐波进行快速的跟踪补偿[14]。目前国内应用于低压有源滤波技术，而国外已经将高压有源滤波技术运用到实践。

在谐波源的产生上采取措施，最大可能地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可以减小因为谐波影响产生的多余电能消耗。为此，研究人员们通过增加整流器的脉动数、PWM整流技术[15]、三相整流变压器采用或的接线等方法来降低谐波源的谐波含量。

针对充电站谐波问题的治理，文献[16]中，陈冉根据电动车在充电过程中产生的谐波问题，采用电压外环和电流内环双环控制的策略实现对充电站谐波问题的治理。文献[17]中杨乐针对电动汽车充电产生的谐波问题，设计了混合电力系统滤波器对交流侧的谐波进行抑制。文献[18]中冯晨设计了一种基于模糊理论的变换滞环电流控制，该方法能够很好的跟踪指令电流的变化，经过补偿后波形更为理想，谐波含量也更少。文献[19]中王淑雅针对电动汽车充电产生的微电网滤波，提出了将微电网储能系统和有源滤波相结合的方法对产生的滤波进行抑制。文献[20]中，盛琪针对电动汽车充电产生的谐波电流，制定了电动汽车有序充电策略，对产生的谐波电流进行了有效消除。

4 电网影响策略的不足及建议

通过上述研究分析，关于应对电动车充电带来的影响的应对策略主要为有序充电法和谐波的抑制技术。在有序充电方面，通过分时电价机制促进用户在电力系统用电谷峰期有序充电，可以减轻电网在高峰时段的负荷，保持能源的合理利用和电网稳定运行。在分时电价调控策略下，谷时段电价便宜。但是随着电动汽车的数量一年比一年多，大量的电动汽车在谷峰期同时充电，将会造成电网负荷增大。如何解决用电谷峰期用户充电造成的电网负荷问题将是研究的重点。

关于电动汽车充电过程中产生的谐波污染，主要从产生谐波源出进行了应对处理。总结发现，有源滤波在处理谐波污染问题效果更好。但是目前用有源滤波处理谐波污染我国还处在低压阶段。目前电动汽车在快充充电桩的充电过程中使用的是高压。所以，将有源滤波处理谐波污染问题应用在高压电路上是我们研究的重点。

为了缓解电动汽车充电给电网造成影响。我们应该大力发展城市屋顶光伏能源收集政策，通过太阳能发电，供给小区内电动汽车充电，减缓电网用电负荷。大力提倡V2V模式，让每一辆车都成为一个充电电源，在电动汽车闲置的时候实现给需要工作车辆进行充电，合理的使用电力能源。在城市中，电动汽车应该在制定的地点进行充电，有利于电力部门对电力能源的合理调配，减轻电网压力。

5 结语

电力能源成为我们日常生活中的主要能源，电器设备方便的解决了人们日常生活的问题，也随之加大了电力能源的消耗。如今，电动汽车作为清洁车型的代表，该车辆的保有量逐年递增，电动汽车充电对电力能源的消耗也日渐明显，电网随着充电汽车接入的增多，其所受的负荷将越大，电动汽车充电带来的影响不可忽视。针对电动汽车充电中产生对电网不利的影响及解决策略还值得研究人员深入研究。

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作者简介

魏阳喆：（1996.08.20—），男，汉族，陕西安康人，硕士。研究方向：载运工具运用工程。