电动汽车和光伏接入用户负荷对电网的影响研究

高国梁东旭

（国网山东省电力公司济南供电公司山东省济南市250023）

摘要：电动汽车、光伏接入用户负荷会对电网产生一定的影响.比如负荷特性发生改变，电网峰谷差增大，给电网运行检修带来反送电威胁.为了应对这些影响.研究对象选用实际家庭用户.测算与互动结果表明，电动汽车执行充电峰谷电价和分布式电源上网电价.不但能给用户带来经济效益，也能减少电动汽车无序充电带来的峰上加峰的风险.峰谷差率会减少，电网安全稳定运行得到保证.

关键词：电动汽车；光伏接入；负荷；电网；影响研究

1引言

近年来，由于过度排放温室气体，加速了全球气体变暖的节奏.作为新一代交通工具的电动汽车逐渐被大家认可。能接入电网进行电网补给的电动车被广泛关注并迅速发展.例如：插入式混合电动汽车、纯电动汽车.随着节能环保产业的快速发展，分布式光伏接入电网被大力提倡，电网企业被要求全额收购光伏发电量.分布式光伏电源会被广泛应用于个人家庭，将是电网的重要组成部分.

2电动汽车负荷对电网负荷特性影响

随着电动汽车的增加，越来越多的电动汽车被接入电网充电.会直接影响到电力系统的运行和规划.这些影响有：

2.1影响到输电网络

据估计，我国的电动汽车在2030年可以达到6000万辆.每辆车10千瓦的功率来计算.如果按照极端值让6000万辆电动车同时充电，充电功率最高可以达到5亿千瓦.预计2030年我国装机总容量的26%会被电动汽车所占据.所以全国数量最多的电网负荷之一必须有电动汽车。电动汽车会在很多方面对电网负荷产生影响，比如：对电力的需求和供应方面、电源的结构、电价及其排放.

2.2影响配电网

电动汽车充电过程中会影响到配电网负荷的平衡.大量电动汽车同时充电会使局部区域用电负荷紧张.如果充电时间叠加或者在负荷高峰期时，电动车充电会加重配电网用电负担.很多电动汽车都是晚上来充电的.通常情况，大家都会充电6-8小时，在晚上18时到22时平时用电高峰时，也在充电中，晚上21时左右负荷会达到峰值.会进一步增加电网峰时调整的难度，加大配电网建设的压力.还会严重降低电网运行效率.

2.3会对电网产生谐波污染

电动汽车的充电设备是一种非线性负载，会有很大的谐波电流产生.对电网的电能质量有很大影响.谐波污染会大大降低测量仪表的准确性，破坏大容量电容器，会产生导线过热或者保护装置错误报警等问题.

2.4充电设施建设影响电网

对电网负荷来说充电设施就是电动汽车充电装置和电网之间的接口.所以充电设施的建设会严重影响到电网.电动汽车充电过程中对电网的影响主要体现在充电站和充电桩带来的影响.

3光伏储能应用对电网负荷特性的影响

大规模光伏接入对系统特性影响有几个方面：

3.1影响有功频率特性

光伏发电有这些特性：1）外出力的随机波动性；2）电源是静止元件，而且是无旋转的.是通过换流器来并网的.没有转动惯量.3）低电压穿越的时候，有不同的有功/无功动态.4）电源抗扰动和过负荷能力比较差，容易有脱网现象发生.5）并网是通过逆变器，有四象限控制及有功/无功解耦的能力.

3.2影响无功电压特性

大规模光伏集中接入大部分是在戈壁或者荒漠地区，那里的负荷水平很低.电网短路容量在接入地区比较小，大量光伏电力是通过高压输电网远距离外送的.随机波动的有功出力穿越近区电网和长输电通道，电网无功平衡特性被影响.使沿途的母线电压波动很大.

3.3影响功角稳定性

大规模光伏接入后，因为光伏电源随机波动和无转动惯量等特性，电网原有潮流分布、通道传输功率被改变.系统的等效惯量减少了.计及故障穿越期间，光伏具有与常规机组不同的动态支撑性能.所以，接入光伏后，电网的功角稳定性有所改变.由电网拓扑结构、电网运行方式和所采用的光伏电源控制技术、光伏并网位置和规模决定了功角稳定性改变的情况

3.4影响小扰动稳定性

虽然光伏电池没有机械与电磁量不平衡的动力学稳定问题，但是也有不稳定的电气运行问题.所以当光伏被大规模的并网后，电网的稳定性也会被影响到.

3.5影响电能质量

随着大规模光伏被接入，电力电子被广泛应用.大量非线性负载也被加入到系统中，造成电力系统污染，出现电能质量问题.逆变器开关很快延缓，导致输出失真，有谐波产生，如果太阳光变化急剧，有很低的输出功率，或者剧烈变化时，产生的谐波会更大.也会在大规模光伏集中并网时，有电流谐波叠加的问题出现.

3.6影响配电系统的保护

光伏电源接入配电网后，配网故障特征发生了变化，继电保护和自动装置发生了某些影响：1）网架结构由单电源辐射状网络变为双电源、多电源的复杂拓扑机构，故障电流大小、方向和持续时间都发生了一些改变.原有馈线保护都或多或少受到了影响.保护装置发生误动或者拒动.2）因为变压器连接方式不一样，与变压器相连的逆变器会另外形成接地回路.零序电流被影响，继电保护动作特性被改变.3）对扰动相对敏感度高的并网光伏变换器增加了必要的保护.4）当PV系统反孤岛保护功能的时间和自动重合闸等装置不能协调配合时，就会有非同期合闸产生.

4对电网负荷特性的综合影响分析

工作日未装储能装置的光伏与电动汽车负荷综合作用影响如下图：

加储能装置的光伏与电动汽车负荷综合作用影响如下图：

通过对电动汽车和光伏接入用户负荷对电网的影响的研究，得出以下结论：

4.1光伏发电对台区负荷影响大的是峰谷时段.时长减少很多的是峰段，偏移厉害的是谷段.电网峰谷差增大.储能装置被加入后，受影响很大的是晚上峰段负荷.和没有接入储能之前比较，峰谷差减少一些.

4.2电动汽车用户充电时间在工作日和节假日不一样，而且基本都是按照这个规律：工作日时，充电行为使电网台区负荷峰谷差更加扩大.而节假日对峰谷差影响却不大.

4.3光伏发电和电动汽车充电与家庭用电互动时，工作日对电网台区影响大的是峰段负荷.受光伏发电影响，白天峰段负荷得到平抑.因电动汽车充电晚上峰段负荷增加.

5结语

电动汽车和光伏用户越来越多，将会产生一个新的研究课题即对电动汽车、光伏接入家庭用户负荷对电网的影响.对光伏、储能和电动汽车负荷的接入进行有序的引导，能使新型负荷对电网的影响得到改善.引导合理用电.

参考文献：

[1]王斐.研究方向为电力系统调度运行控制管理

[2]李正烁研究方向为输配协同调度与运行、负荷侧响应技术.