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摘 要：随着经济的发展，温室效应已经石油枯竭等问题日益突出。各个国家逐渐认识到传统燃油汽车的缺点，并且开始鼓励和发展电动汽车行业。不久的将来，电动汽车必然大规模接入电网，其作为双向负荷和分布式电源，对配电网的影响不可忽视。
本文首先分析了时代背景，显示了电动汽车在新能源领域具有的良好前景和巨大挑战。接着，简要介绍在我国的发展现状和政策支持。随后，从负荷增加、电网的可靠性、电能质量和经济性等与配电网正常运行息息相关的方面展开分析，解释了电动汽车的大规模无序接入将对配电网造成的不良影响。
接下来，把新能源发电装置与充电桩的分布式电源特性，提出将其共同作为配电网的备用电源的方案。提出分时计价电价政策，以此将用户充电的无序性变为有序性，从而引导电动汽车对配电网的安全运行起到良好作用。
关键词：分布式电源；电能质量；电网可靠性；分时计价
一.研究背景
目前世界上的汽车主要还是以燃油车为主，传统汽车具有低利用率、高污染的缺点。据调查，我国每年机动车氮氧化物排放占总排放的30%以上。与此同时，我国是一个缺油大国。2017年石油消耗61，000万吨，其中进口41，957万吨，占比68.8%.随着化石能源的紧张，电力作为清洁能源，正受到越来越多的青睐。作为区别于上一代依靠石油作为动力的交通工具，电动汽车在节能减排方面表现优异，特别是减少氮氧化物的二氧化碳的排放，和节约宝贵的石油资源。
近些年，国外纷纷颁发政策以促进电动汽车行业的发展。欧洲各国从2010年左右就开始制定电动车发展的规划，德国政府计划在2030年之前消灭所有的燃油车。我国也正在融入电动汽车的巨大潮流。但是随着大规模的汽车充电势必会对城市的配电网的结构、运行产生巨大的影响，因此，了解电动汽车在我国的发展现状、对配电网的影响，对智能配电网的建设具有重要意义。
二.电动汽车现有状况及政策
2.1 电动汽车的发展现状
在汽车发展领域，我国起步较晚，与欧美等发达国家存在着较大差距。配套设施的完善和购车成本成为车主是否想要购买电动汽车的制约性因素。配套设施滞后，目前主要由各大电网公司和能源公司兴建，但是由于基础建设投资较大，回报周期较长，所以导致其积极性不高。汽车成本高，受限于研发、量产规模化等问题，相比于传统的燃油汽车，同等性能电动汽车价格还是比较高。
2.2 政策支持
针对以上存在的问题，我国政府也制定了相应的新能源政策：对电动车企业提供研发补贴，对购买者实施免税政策甚至是购车补贴；在全国范围内，尤其是在试点城市大力建设充电网络，铺设基础便民设施，解决车主后顾之忧。以促进电动汽车初期市场的形成。
三.对配电网的影响
不久的将来，电动汽车大规模接入电网已是大势所趋。电动汽车主要是作为一个交通工具，但是当大规模应用之后，可将其看做分布式电源。它们通过充电桩和电网相连，实现电能的双向传输。
3.1 用电负荷增加
用电负荷与电动汽车的供能方式息息相关。一般有三种充电模式。
常规充电模式的充电速度相对较慢，其特点是功率较小，大小一般在5～10kV，时间平均在5～7小时。这种模式的初始安装费用较低，对电网的冲击较小，利用电网的安全运行。但是缺点在于不适合需要紧急充电的车辆，也不宜安装在商场停车库等人流量较大的场所。
快速充电模式一般采用直流充电机，可在1～2h内完成紧急充电。其缺点显而易见：一方面缩短电池的使用寿命，另一方面大电流会对电网造成冲击。
电源更换模式。指的是在蓄电池组用尽时直接更换充满电的电池组，这样直接保证了车辆的利用效率[1]。这种方式综合了前两种的优点，既保证了电网、电池的安全效用又提升了效率。但是其缺点在于：对私家车和出租车并不方便可行，目前仅适用于电动公交车。
3.2 电网可靠性
电动汽车的大规模应用不但造成负荷的大幅度增加，更表现在车主用车行为、充电时间与空间分布具有很强的不确定性。如今城市中传统的配电网多采用无源的辐射形网络，电动汽车充电的不确定因素将导致电网负荷的预测准确度降低。
未经引导的电动汽车充电行为将呈现自然的无序状态，有可能会出现以下情况：在用电高峰期车主开始充电，而在用电低谷期，车主不充电，进而影响电网运行的可靠性。所以，用户的用车和充电行为的不确定性和随机性加大了电网的控制难度。
3.3 电能质量
电动汽车作为非线性负荷，在直-交流变换过程中必须使用很多的电力电子器件，这会造成谐波污染。谐波畸变率是电能质量一个重要的指标，大规模的接入会导致电能质量下降，使网损率增加，设备过度发热甚至引起设备损坏。严重时甚至会造成线路压降超过规定范围和三相不平衡。
3.4 电网经济性
在配电网网损方面，主要考虑线路的线路负载率。在负荷高峰期，研究不同线路的最大负载率。目前很多线路的最大负载率很高。重要原因在于车主在用电高峰期集中充电。线路负载率上升导致线路发热，从而造成无谓的电能损失。
在变压器寿命方面，对于单台变压器，其负载率处于一定范围内最优，如果长时间工作在额定负荷以外时，则容易影响其使用寿命。
四.针对影响的应对措施
针对于以上提出的电动车的大规模接入对于配电网的影响，现提出以下几种应对措施。
4.1增加新能源并网
电动车大规模接入电网带来大量的用电负荷，如何消纳这些负荷，城市需要增加新的发电设备，而新能源发电应该是今后电力系统的重点，且部分新能源技术已经趋于完善，例如风电、太阳能等。
新能源作为分布式电源，也带来了一定问题，例如风能发电时的不确定性，将给城市电网带来谐波污染、电压波动等。而电动汽车的接入相当于在受电端增加了大规模的储能装置，而且这种储能装置具有随时性、灵活性等优点。新能源不但可以解决负荷量问题，还可以与电动汽车配合，共同作为电网的备用容量，互相补偿。
4.2分时计价电价
电网部门可以制定更为完善的政策来使车主的无序充电行为变得有序，从而提升电网可靠性。主要指错峰优惠：电网部门根据城市的用电量曲线，得出用电高峰期和低谷期，提升高峰期的电价，降低低谷期的电价，鼓励车主利用凌晨等时间进行充电，而避开傍晚的高峰期[2]。同时，引入智能充电技术，由此减轻电网负荷和避免由负荷过载而带来的可靠性缺陷。
4.3提升电能质量
电动汽车是一种非线性负荷，为减少谐波污染，可以在出线端加装电力滤波器或者是净值无功发生器，可以有效的减少谐波污染和增加无功。同时，加强对车主用電在时间空间上的预测，加以政策引导，尽可能使车主做到有序充电。研究表明，有序充电可以改善电网的节点电压水平[3]。
充电桩的合理规划也有助于提高电能质量，应充分考虑分时计价电价政策引导下的用户行为，对充电负荷的分布进行最大化的优化调节，与配电网进行协调，努力构建充电桩-配电网一体化。
参考文献：
[1]连恒辉，万凌云，刘洪，屈高强.电动汽车充放电对配电网规划的影响[J].电力建设，2015，36（07）：33-39.
[2]段豪翔，吕林，向月.计及分时充电电价激励的电动汽车充电站与配电网协同规划[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（01）：103-110.
[3]胡泽春，宋永华，徐智威，罗卓伟，占恺峤，贾龙.电动汽车接入电网的影响与利用[J].中国电机工程学报，2012，32（04）：1-10+25.
本文首先分析了时代背景，显示了电动汽车在新能源领域具有的良好前景和巨大挑战。接着，简要介绍在我国的发展现状和政策支持。随后，从负荷增加、电网的可靠性、电能质量和经济性等与配电网正常运行息息相关的方面展开分析，解释了电动汽车的大规模无序接入将对配电网造成的不良影响。
接下来，把新能源发电装置与充电桩的分布式电源特性，提出将其共同作为配电网的备用电源的方案。提出分时计价电价政策，以此将用户充电的无序性变为有序性，从而引导电动汽车对配电网的安全运行起到良好作用。
关键词：分布式电源；电能质量；电网可靠性；分时计价
一.研究背景
目前世界上的汽车主要还是以燃油车为主，传统汽车具有低利用率、高污染的缺点。据调查，我国每年机动车氮氧化物排放占总排放的30%以上。与此同时，我国是一个缺油大国。2017年石油消耗61，000万吨，其中进口41，957万吨，占比68.8%.随着化石能源的紧张，电力作为清洁能源，正受到越来越多的青睐。作为区别于上一代依靠石油作为动力的交通工具，电动汽车在节能减排方面表现优异，特别是减少氮氧化物的二氧化碳的排放，和节约宝贵的石油资源。
近些年，国外纷纷颁发政策以促进电动汽车行业的发展。欧洲各国从2010年左右就开始制定电动车发展的规划，德国政府计划在2030年之前消灭所有的燃油车。我国也正在融入电动汽车的巨大潮流。但是随着大规模的汽车充电势必会对城市的配电网的结构、运行产生巨大的影响，因此，了解电动汽车在我国的发展现状、对配电网的影响，对智能配电网的建设具有重要意义。
二.电动汽车现有状况及政策
2.1 电动汽车的发展现状
在汽车发展领域，我国起步较晚，与欧美等发达国家存在着较大差距。配套设施的完善和购车成本成为车主是否想要购买电动汽车的制约性因素。配套设施滞后，目前主要由各大电网公司和能源公司兴建，但是由于基础建设投资较大，回报周期较长，所以导致其积极性不高。汽车成本高，受限于研发、量产规模化等问题，相比于传统的燃油汽车，同等性能电动汽车价格还是比较高。
2.2 政策支持
针对以上存在的问题，我国政府也制定了相应的新能源政策：对电动车企业提供研发补贴，对购买者实施免税政策甚至是购车补贴；在全国范围内，尤其是在试点城市大力建设充电网络，铺设基础便民设施，解决车主后顾之忧。以促进电动汽车初期市场的形成。
三.对配电网的影响
不久的将来，电动汽车大规模接入电网已是大势所趋。电动汽车主要是作为一个交通工具，但是当大规模应用之后，可将其看做分布式电源。它们通过充电桩和电网相连，实现电能的双向传输。
3.1 用电负荷增加
用电负荷与电动汽车的供能方式息息相关。一般有三种充电模式。
常规充电模式的充电速度相对较慢，其特点是功率较小，大小一般在5～10kV，时间平均在5～7小时。这种模式的初始安装费用较低，对电网的冲击较小，利用电网的安全运行。但是缺点在于不适合需要紧急充电的车辆，也不宜安装在商场停车库等人流量较大的场所。
快速充电模式一般采用直流充电机，可在1～2h内完成紧急充电。其缺点显而易见：一方面缩短电池的使用寿命，另一方面大电流会对电网造成冲击。
电源更换模式。指的是在蓄电池组用尽时直接更换充满电的电池组，这样直接保证了车辆的利用效率[1]。这种方式综合了前两种的优点，既保证了电网、电池的安全效用又提升了效率。但是其缺点在于：对私家车和出租车并不方便可行，目前仅适用于电动公交车。
3.2 电网可靠性
电动汽车的大规模应用不但造成负荷的大幅度增加，更表现在车主用车行为、充电时间与空间分布具有很强的不确定性。如今城市中传统的配电网多采用无源的辐射形网络，电动汽车充电的不确定因素将导致电网负荷的预测准确度降低。
未经引导的电动汽车充电行为将呈现自然的无序状态，有可能会出现以下情况：在用电高峰期车主开始充电，而在用电低谷期，车主不充电，进而影响电网运行的可靠性。所以，用户的用车和充电行为的不确定性和随机性加大了电网的控制难度。
3.3 电能质量
电动汽车作为非线性负荷，在直-交流变换过程中必须使用很多的电力电子器件，这会造成谐波污染。谐波畸变率是电能质量一个重要的指标，大规模的接入会导致电能质量下降，使网损率增加，设备过度发热甚至引起设备损坏。严重时甚至会造成线路压降超过规定范围和三相不平衡。
3.4 电网经济性
在配电网网损方面，主要考虑线路的线路负载率。在负荷高峰期，研究不同线路的最大负载率。目前很多线路的最大负载率很高。重要原因在于车主在用电高峰期集中充电。线路负载率上升导致线路发热，从而造成无谓的电能损失。
在变压器寿命方面，对于单台变压器，其负载率处于一定范围内最优，如果长时间工作在额定负荷以外时，则容易影响其使用寿命。
四.针对影响的应对措施
针对于以上提出的电动车的大规模接入对于配电网的影响，现提出以下几种应对措施。
4.1增加新能源并网
电动车大规模接入电网带来大量的用电负荷，如何消纳这些负荷，城市需要增加新的发电设备，而新能源发电应该是今后电力系统的重点，且部分新能源技术已经趋于完善，例如风电、太阳能等。
新能源作为分布式电源，也带来了一定问题，例如风能发电时的不确定性，将给城市电网带来谐波污染、电压波动等。而电动汽车的接入相当于在受电端增加了大规模的储能装置，而且这种储能装置具有随时性、灵活性等优点。新能源不但可以解决负荷量问题，还可以与电动汽车配合，共同作为电网的备用容量，互相补偿。
4.2分时计价电价
电网部门可以制定更为完善的政策来使车主的无序充电行为变得有序，从而提升电网可靠性。主要指错峰优惠：电网部门根据城市的用电量曲线，得出用电高峰期和低谷期，提升高峰期的电价，降低低谷期的电价，鼓励车主利用凌晨等时间进行充电，而避开傍晚的高峰期[2]。同时，引入智能充电技术，由此减轻电网负荷和避免由负荷过载而带来的可靠性缺陷。
4.3提升电能质量
电动汽车是一种非线性负荷，为减少谐波污染，可以在出线端加装电力滤波器或者是净值无功发生器，可以有效的减少谐波污染和增加无功。同时，加强对车主用電在时间空间上的预测，加以政策引导，尽可能使车主做到有序充电。研究表明，有序充电可以改善电网的节点电压水平[3]。
充电桩的合理规划也有助于提高电能质量，应充分考虑分时计价电价政策引导下的用户行为，对充电负荷的分布进行最大化的优化调节，与配电网进行协调，努力构建充电桩-配电网一体化。
参考文献：
[1]连恒辉，万凌云，刘洪，屈高强.电动汽车充放电对配电网规划的影响[J].电力建设，2015，36（07）：33-39.
[2]段豪翔，吕林，向月.计及分时充电电价激励的电动汽车充电站与配电网协同规划[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（01）：103-110.
[3]胡泽春，宋永华，徐智威，罗卓伟，占恺峤，贾龙.电动汽车接入电网的影响与利用[J].中国电机工程学报，2012，32（04）：1-10+25.