孙 益，张千斌，蔡 震，朱 翔

（国网湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

长期以来，石油都是汽车动力的主要来源，但石油属于不可再生能源，地壳中储藏的石油资源总是有被开采殆尽的一天。所以，过分依赖石油并不是一个明智的行为，必须得寻找可替代石油的新途径。另一个方面，石油在分解供能的过程中产生大量的温室气体，加剧了温室效应。不管是基于能源抑或是基于环境，都必须找到新的突破口。

电动汽车以电力作为动力来源，并不产生有害于环境的温室气体，同时是可再生的，可以说是以石油为动力的内燃汽车的较好替代品。

1 电动汽车的现状

追溯电动汽车发展历史可以到1828 年，在这一年，匈牙利的工程师设计了世界上第一个电传动装置。一直以来，由于电池技术的限制，已有近两百年发展历史的电动汽车仍然显得小众。

在今天，虽然电池技术已经得到高速的发展，其他工程技术也取得了质的飞跃，世界各国也在大力发展电动汽车，但电动汽车的推广仍面临着阻碍。电动汽车离不开电能，离不开配电网络建设。将电动汽车接入配电网需要考虑其会对电网系统产生的各种影响。

2 电动汽车接入对配电网络的影响

2.1 影响电能质量

接入配电网的电动汽车部分在工作时相当于一个大功率的非线性负荷，在电动汽车充电时伴随着冲击电流、谐波以及无功功率，虽然充电站的谐波对220 kV和500 kV 高压主网基本不会产生影响，但是对低压网络的电能质量会产生一定程度的影响。

较大规模充电站谐波对380 V 母线电压质量影响较大，并且流入380 V 母线的5 次、7 次谐波电流超标，对接入母线的低压用户产生用电影响。母线中的谐波电流会流入其他用户，也会使得电压畸变率超标；同时，由于充电机高的功率，采用无源滤波手段滤波比较困难。

如果听之任之，将使得配电网络的网损增加，电网设备的工作环境复杂化，引起设备过热，加速设备老化；系统控制线路、通信线路等也会受到影响；同时电压波形产生畸变、电源的功率因数降低，影响电网中的其他设备正常运行。

2.2 影响负荷特性

负荷特性是为便于研究电动汽车而建立的一套数学化模型，它的难点体现在计及电动汽车的分散性、驾驶者习惯等人为因素。

负荷建模离不开分析电池充电特性、用户行为、充电方式等。现阶段电网的电动汽车接入规模有限，通常是通过仿真实验分析充电负荷的特性。此外，电动汽车电池的充电过程电压较为平稳，因此在分析电动汽车接入对电网负荷的影响时，电动汽车负荷可以视为恒功率负荷。

2.3 影响电气设备

当线路接入负载数量较少时，对电动汽车接入电网的状态进行合理的调度可以让系统工作效率更高。当大量负载接入电网系统时，必定会在线路上产生大的电流，进一步加重线路的负担，线路的损耗也同时增加，从而严重影响末端的节点电压。

2.4 无序充电的危害

由于居民日常工作生活习惯，夜间充电将会成为常态，充电汽车在此模式下工作，将会出现“峰上加峰”的结果。大规模的电动汽车接入配电网将使问题更加明显，电网运行效率受到影响，同时还会增加发电机组运维成本，尤其是配电网的网络损耗和电压稳定性受到很大影响。因此，为了配电网的稳定运行以及电动汽车的推广和应用，电动汽车充放电的优化调度必不可少。

3 智能V2G 技术

V2G（Vehicle to Grid）技术可实现配电网和电动汽车之间智能的双向流动，控制中心通过V2G 智能管理调度接入配电网的电动汽车的充电行为，达到优化节能的目的。

电动汽车接入配电网，会打破原有配电网的电荷分布，这时，整个配电网的大部分负荷由电动汽车组承担，其运行会极大影响配电网安全。电动汽车本身就是通过储备电能的方式支撑电动汽车的运行，当众多的电动汽车集中在一起时，整个汽车集群像是一个巨大的储能电站，这对配电网来说是一项庞大的资源，关键问题是如何合理地对其进行分配调度，实现有效的利用。V2G 概念自然而然地被提了出来。在通常的情况下，电动汽车通过充电网或充电桩接入配电网。V2G 技术实现的就是电动汽车与电网充电系统之间能量的双向流动，具有实时、可控、高速的特点。

4 电动汽车参与优化调度

在2007 年美国特立华大学的一名教授提出了电动汽车接入配电网的技术[1]。将电动汽车接入配电网，采取一些技术手段可以使得谷峰相消，减轻电动汽车接入对输电网络的影响。同时，智能电网通过充电站、充电桩将分散的储能单元连接在了一起之后，分离储能单元本身就成为了配电网的一个组成部分。

4.1 参与电网调峰优化

文献[2]对比建立无序条件下电动汽车充电负荷曲线，仿真了“峰上加峰”，提出电动汽车有序充电控制。通过建立基于电动汽车有序充电的电网低谷调峰优化模型，分析得出了采用分时电价，缓解低谷期间容量不足的问题，同时减少用户的充电成本。此外，大量电动汽车参与分时电价响应，能够有效地解决低谷调峰问题。

文献[3]分析使用V2G 技术参与电网调峰，说明V2G 技术用于电网调峰的可行性。在电网调峰的关键性问题上，如响应速度、调节成本、调峰网损等方面都将V2G 的技术优势同传统的电网调峰方式作了详细对比。可以看出V2G 在电网调峰中具有众多优势。传统的大电网调峰主要使用大容量机组，采用集中储能装置调峰，前期的建设、后期的维护都需要较高的成本。使用V2G 避开了高投入、低的灵活性的缺点，并且由于电动车辆的集中，负荷分布密集，而具备调峰网损小的特点。

4.2 电网调频优化

集中充电模式是现代技术在机动车发展综合应用中的直接体现，集中充电模式可以实现机动车电力资源存储保持稳定状态，从而进一步优化现代机动车资源的综合应用。

研究分析电动汽车的调频问题便于建立更合理的数学模型，完成违反约束概率表的制定工作，让充电计划和服务容量都在系统的控制之下进行实时调节。

首先基于蒙特卡洛抽样方法分析了大规模电动汽车的充电负荷需求；然后，以含大规模电动汽车接入的主动配电网运行成本最小化和负荷曲线方差最小化为优化目标，综合考虑电动汽车的充电需求和配电网的运行约束，构建含规模化电动汽车接入的主动配电网多目标优化调度模型，采用带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对多目标优化模型进行求解，针对多目标优化得到的帕累托（Pareto）最优解集规模大，蕴含信息丰富，导致运行人员难以决策的问题，提出一种基于模糊聚类的方法对多目标Pareto 最优解集进行筛选。

4.3 参与电网配电网重构优化

配电网重构指通过改变分段开关、联络开关，改变电网系统供电路径，从而达到降低网损、消除过载、提高系统稳定性等的目的。

配电网重构技术能够有效改善配电网网损。当前，配电网的重构优模型[4]主要有通过分析电动汽车的充电行为，模拟充电负荷曲线；分析车流量，采用数学建模方法，计算充电站的充电负荷；分析充电时刻和里程概率分布，预测电动汽车的日充电曲线；采用半不变量法和科尼什-费雪级数解决机会约束重构问题；基于分时电价分析的需求响应重构模型；基于空间分配的重构优化等优化模型和方法。

4.4 参与电网机组组合优化

电动汽车大量接入电网，通过对电动汽车的空间位置进行聚类再聚类以实现优化，降低模型维度。通过目标综合优化，引入电动汽车效用度；同时优化电动汽车空间分配方案。合理引导电动汽车在空间位置上的分布，有效地降低无序充电对配电网的影响，优化充电过程，同时降低电网运维成本。

5 结论

汽车在人们出行方面扮演着重要的作用，而人们对汽车的依赖正与日俱增。相比于传统的内燃汽车，更清洁环保的电动汽车有着无限美好的未来。因此，重点在于解决电动汽车推广过程中的关键性问题。