第 39 卷 第 7 期 2011 年 7 月
Vol． 39 No． 7 Jul． 2011
电动汽车接入对配电网运行影响的研究与分析
王
1 2 帆 ， 包海龙 ， 徐 2 凡 ， 顾
洁
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（ 1． 上海交通大学 电气工程系 ， 上海 200240 ； 2． 上海市电力公司 技术与发展中心 ， 上海 200025 ） 摘 要：指出电动汽车接入配电网将会使电力网络变得复杂 ， 也会带来对电网运行模式和电能质量等多方面
的影响。对电动汽车的蓄电池特性做出分析 ， 应用随机性理论对电动汽车的充放电过程进行负荷预测和建立 模型， 然后将电动汽车负荷接入到某地区电网中进行具体的算例仿真分析 ， 最后仿真曲线和量化计算的结果 较好地验证了之前的理论分析 ， 并为未来电动汽车接入电网的充放电策略提供一定的理论基础 。 关键词：电动汽车； 配电网； 负荷预测； 充放电策略； 电动汽车入网 作者简介：王 ）， 帆（ 1985男， 硕士， 研究方向为电力市场及电力系统优化 。 文献标志码：A 9529 （ 2011 ） 07108905 文章编号：1001中图分类号：TM712 ； U469． 72
图3 图1 电动汽车充电负荷建模流程图
电动汽车接入对该地区春季负荷特性的影响
本文中的电动汽车放电过程建模与充电过程 相类似。 “上海世博园智能电网综合示范工程 ” 依据 中所使用的电动汽车型号的现场功能测试 ， 筛选 出性能最好的电动汽车， 最终选定型号为 BMW （ 110 V /12 A， 4 h） 电动汽车数据进行本文后续的 充放电仿真计算， 其中设定充放电方式为直流快 ， 电流为 12A， 充 速充放电 充电电压为直流 110V， 放电时间均为 4 h（ 充放电负荷特性曲线见图 2 ） ； 根据具体调研我国南方某城市地区电网的用电负 荷情况和用户习惯得到的经验数据， 进行建模分 析编程得出电动汽车充放电负荷特性
∫
∫
3
电动汽车负荷特性模型的实现
电动汽车充电负荷建
电动汽车接入对配电网运行影响的研究与分析
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4． 1 电动汽车在 V2G 模式运行下对典型日负 荷特性影响的研究 首先讨论的是电动汽车负荷接入之后对该地 区春季和夏季典型工作日负荷特性曲线的影响 （ 秋、 冬两 季 分 别 与 春、 夏两季的负荷特性相类 似） 。在仿真分析中， 假设该地区的典型工作日 内分布的正在使用的同一型号的 BMW 电动汽车 4 h） ， 总数为 30 辆（ 110 V /12 A， 每辆电动汽车按 仿真结果见图 3 。 照随机模式进行充放电，
（ 2） （ 3）
∫ v·I ·d t
0
T
∫
T0 +T
T0
（ t） dt = N EV
∫
T0 +T
T0
（ t － μ） 2 1 e － 2 σ2 d t 2 πσ 槡
（ 6） 由式（ 2 ） 或式 （ 4 ） 确定的每辆电动汽车蓄电 池充电完成后所消耗的电量为 W， 那么时间在区 T0 ， T0 + T］内电动汽车充电消耗的总电量与 间［ 时间存在以下关系 T0 + T － μ T0 － μ W' = W·［ ） － （ ）］= （ σ σ T0 +T （ t － μ） 2 1 W· e － 2 σ2 d t （ 7） T0 2 πσ 槡 则 N 辆电动汽车完成充电总共消耗的电量 T0 +T （ t － μ） 2 1 W ∑ = N·W' = N EV［ e － 2 σ2 d t ］ （ 8 ） T0 2 πσ 槡 对 T0 在一天内选择不同的时间值， 可以得出 不同的 W ∑ 值， 与此同时， 综合电动汽车放电特性 ， 能够得出一条曲线 将该曲线称为电动汽车负荷 充放电特性曲线。
2． 2
电动汽车蓄电池的充电能量需求
电动汽车的快速充电可以分为直流充电和交 流充电 2 种方式。直流充电指采用直流充电模式 为电动汽车动力蓄电池进行充电 。直流充电模式 是以充电机输出的可控直流电源直接对动力蓄电 池进行充电的模式。交流充电指采用交流充电模 式为电动汽车动力蓄电池总成进行充电 。交流充 电模式是以三相或单相交流电源向电动汽车提供 充电电源的模式。 为了对电动汽车的充电特性进行量化， 需要 假设蓄电池在充电 计算单个蓄电池消耗的电量， 时所消耗的能量用 W 表示， 当充电电流恒定 （ 直 流） 时 W = V·I ·T 当充电电流非恒定（ 交流） 时 W =
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电动汽车接入对电网影响的理论分析
并基于所建立的模型接入某地区电网进行仿真 ， 根据仿真计算的结果， 对电动汽车接入电网后对 电网负荷特性、 电网正常运行特性等产生的潜在 并得出与之相关的重要结论。 影响进行量化分析，
电动汽车接入电网无疑将首先对电网的负荷 特性产生影响。 由于电动汽车具有“既是电源，
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2011 ， 39 （ 7 ）
分析， 近年来的研究显示， 蓄电池的充电特性， 即 充电电流随时间变化的曲线 I = I0 e
式中
［3 ］
表达如下 （ 1）
4］ ， 根据文献［ 一般来说， 电动汽车使用者选 择在方便的时候对电动汽车进行充电 ， 因此， 电动 由于电 汽车的充电时间本质上是一个随机变量， 动汽车充电时间的选择是受到使用者偏好等随机 因素的影响， 而这些因素的波动在正常情况下是 互不干扰且能够叠加的， 根据概率论的极限理论， 可以认为这样的随机变量是服从正态分布的 。 因此， 假设电动汽车的充电时间是服从 N （ μ， σ ） 分布的， 即对于某一时刻 t， 电动汽车来充 电的概率 （ t） =
Research and Analysis of EV Access to Distribution Network
WANG Fan1 ， BAO Hailong2 ， XU Fan2 ， GU Jie1 （ 1． Department of Electrical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240 ，China； 2． Technology and Development Center of Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200025 ，China） Abstract ： Vehicletogrid （ V2G） technology will make the power system more complex， and influence the grid operation mode and power quality． Based on Stochastic theory，this paper analyzes the characteristics of EV batteries， makes load forecast and establishes model for EV charging and discharging process． Then the simulation test is made by connecting EV load to the grid in a certain area． The simulation curve and calculation results verify the foregoing theoretical analysis，and provide the theoretical basis for the future V2G charging and discharging strategy． Key words： electric vehicle （ EV） ； distribution network； load forecast； charging and discharging strategy； V2G
（ t － μ） 2 1 e － 2 σ2 2 πσ 槡
－ αt
I— — —蓄电池可以允许的充电电流 ； I0 — — —t = 0 时最大的允许充电电流 ， 取决于蓄电池 的使用状态； — —蓄电池固有充电电流接受比 ， α— 又称固有接受 它等于 比， I0 ， 其中 C 为蓄电池需要充入的容量 。 C
［1 ］ 又是负荷 ” 的特性 ， 所以如果能够结合电网原 有的负荷特性， 设计出合适的充放电调度策略， 将
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电动汽车负荷特性建模
能够充分发挥电动汽车作为移动式储能的价值 ， 从而达到最好的削峰填谷的效果， 或者保证最可 靠的电能质量。 与其他的分布式电源类似， 电动汽车的接入， 使电网从简单的网络变成了具有多电源的复杂网 电动汽车的接入位置、 容量以及运行模式对配 络， 电网的节 点 电 压、 线 路 潮 流、 短 路 电 流、 网络损 ［2 ］ ， 耗 都有较大的影响 因此对电动汽车接入电网 进行全面、 细致的研究， 对电网的安全、 经济、 可靠 运行目标的实现有着重要的意义 。 本文重点研究电动汽车的接入对配电网技术 和经济运行方面的影响， 应用随机理论等对电动 汽车的充放电特性及其充电负荷需求进行建模 ，
［5 ］
从图 3 中可以清楚地看到， 未接入电动汽车 ， 负荷前 该地区春季的用电负荷峰值出现在12 ： 00 ～ 15 ： 00 左右， 谷值出现在 04 ： 00 左右， 因此与之 相对应， 电动汽车的充放电优化策略应设置在上 述的 时 间 段 分 别 处 于 放 电 和 充 电 的 最 大 值 ： 即 05 ： 00 左右达到集中充电高峰， 13 ： 00 左右达到集 中放电高峰。 从而起到削峰填谷的最佳效果， 达 到改善负荷特性的目的； 与对春季典型日的负荷 图 4 中未接入电动汽车前该地 特性分析相类似， 区夏季的用电负荷峰值出现在 12 ： 00 ～ 14 ： 00 左 右， 谷值出现在 05 ： 00 左右， 所以设置电动汽车的 充放电策略为在上述的时间段实现放电和充电的 最大值， 以达到削峰填谷， 平滑负荷的效果。