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電動汽車充電設施規(guī)劃對電網(wǎng)的影響研究及解決方案

發(fā)布時間: 2024-10-16  點擊次數(shù): 130次

安科瑞 陳聰

摘要:隨著電動汽車(EV)的快速發(fā)展,其對現(xiàn)代電力系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響。本文系統(tǒng)分析了電動汽車充電需求對電力系統(tǒng)的影響,并探討了智能充電、車聯(lián)網(wǎng)技術、儲能技術以及政策和市場機制對促進電動汽車與電力系統(tǒng)互動的作用。研究發(fā)現(xiàn),電動汽車的集中充電行為可能導致電網(wǎng)負荷峰值增加,對電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電可靠性構成挑戰(zhàn)。智能充電和需求響應策略能有效平衡電網(wǎng)負荷,車聯(lián)網(wǎng)技術和儲能技術的應用則增強了電網(wǎng)的靈活性和韌性。政策和市場機制的支持對于推動技術創(chuàng)新和應用至關重要。

關鍵詞:電動汽車;有序充電;汽車充電樁

一、引言

隨著全球能源結構的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護的需求日益增加,電動汽車(EV)作為一種清潔能源交通工具,其發(fā)展速度迅猛,正逐漸成為現(xiàn)代交通體系的重要組成部分。電動汽車不僅能夠有效減少溫室氣體排放,降低對化石能源的依賴,還有助于推動能源消費的低碳化轉(zhuǎn)型。然而,電動汽車的大規(guī)模普及與應用,對現(xiàn)有電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)和需求。電動汽車的充電需求將對電網(wǎng)的負荷特性、安全穩(wěn)定運行以及未來的規(guī)劃與建設產(chǎn)生深遠的影響。因此,深入研究電動汽車對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的影響對于指導電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整、保障電力供應的可靠性以及促進電動汽車健康發(fā)展具有重要的理論和實踐意義。

二、電動汽車對電力系統(tǒng)的需求分析

2.1 電動汽車充電模式

電動汽車充電模式主要分為慢充、快充和換電三種。慢充通常在家庭或公共停車場進行,充電時間較長,但對電網(wǎng)沖擊小,有利于電網(wǎng)負荷的平衡??斐淠軌蛟诙虝r間內(nèi)為電動汽車補充大量電能,適用于長途行駛中的快速補電,但對電網(wǎng)的負荷峰值和穩(wěn)定性造成較大影響。換電模式則是直接更換電池,充電時間問題得以忽略,但需要建立復雜的物流和服務體系。不后的充電模式對電力系統(tǒng)的需求和影響各不相同,合理規(guī)劃和管理充電模式對于緩解電網(wǎng)壓力、提高能源利用效率具有重要意義。

2.2 電動汽車充電負荷特性

電動汽車充電負荷特性受多種因素影響,包括充電功率、充電時間、充電地點等。充電功率直接決定了充電速度和電網(wǎng)的負荷需求;充電時間的選擇則與用戶的出行習慣和電價政策密切相關,夜間低谷時段充電可以利用電網(wǎng)的閑置容量,減少對電網(wǎng)的沖擊;充電地點的分布則影響著電網(wǎng)的局部負荷分布和變化。理解和分析電動汽車充電負荷特性,對于電網(wǎng)的負荷預測、調(diào)度優(yōu)化以及基礎設施規(guī)劃至關重要,

2.3 電動汽車充電需求預測

準確預測電動汽車的充電需求對于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運行具有重要意義。預測方法通常包括歷史數(shù)據(jù)分析、用戶行為研究和數(shù)學建模等。通過分析電動汽車用戶的充電習慣、出行模式以及充電設施的使用情況,結合電動汽車的增長趨勢和政策導向,可以建立充電需求的預測模型,這有助于電網(wǎng)運營商合理安排電力資源,優(yōu)化電網(wǎng)結構,同時為充電設施的布局提供科學依據(jù)。

三、 電動汽車充電對電力系統(tǒng)的影響

3.1 電網(wǎng)負荷影響分析

電動汽車的大規(guī)模充電需求將直接影響電網(wǎng)的負荷特性。首先,電動汽車充電需求的增加會提高電網(wǎng)的總負荷水平,尤其是在晚上住宅區(qū)和白天商業(yè)區(qū)的充電高峰期,可能導致電網(wǎng)負荷達到新的峰值。其次,電動汽車充電負荷的波動性和不確定性增加了電網(wǎng)負荷預測的難度,對電網(wǎng)的調(diào)度和運行管理提出了更高要求。此外,如果大量電動汽車在同一時間段內(nèi)集中充電,可能會引起局部電網(wǎng)的過載,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性,

3.2 電網(wǎng)運行安全性影響

電動汽車充電對電網(wǎng)運行安全性的影響主要體現(xiàn)在對電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電可靠性的潛在威脅。隨著電動汽車充電需求的增加,電網(wǎng)需要承擔更大的負荷,這可能導致電壓波動和電力品質(zhì)下降,尤其是在電網(wǎng)邊緣或負荷集中的區(qū)域。此外,電動汽車充電負荷的快速變化可能引發(fā)電網(wǎng)頻率波動,影響電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性。在*端情況下,如果電網(wǎng)無法有效應對大規(guī)模電動汽車充電引起的負荷變化,可能會導致電網(wǎng)故障甚至大面積停電。

3.3 電網(wǎng)規(guī)劃與擴展需求

隨著電動汽車的普及,電網(wǎng)規(guī)劃和擴展面臨新的挑戰(zhàn)。電動汽車充電需求的增加不僅需要更多的發(fā)電能力,還需要電網(wǎng)基礎設施的改造和擴建,以適應更高的負荷需求和保證電力供應的可靠性。這包括增加變電站容量、升級配電網(wǎng)設施、優(yōu)化電網(wǎng)結構等。同時,為了應對電動汽車充電負荷的不確定性和波動性,電網(wǎng)規(guī)劃還需要考慮引入更多的可再生能源和儲能設施,以提高電網(wǎng)的靈活性和韌性。

3.4 可再生能源整合的影響

電動汽車的充電需求增加為可再生能源的整合提供了新的機遇。通過優(yōu)化電動汽車的充電時間和模式,可以促進太陽能和風能等可再生能源的消納,提高其在能源結構中的比例。例如,鼓勵電動汽車在太陽能發(fā)電高峰期間充電,可以直接利用太陽能發(fā)電,減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴,降低碳排放。此外,電動汽車還可以作為移動儲能單元,通過車網(wǎng)互聯(lián)技術實現(xiàn)與電網(wǎng)的雙向互動,不僅可以在電力需求低谷時儲存能量,在高峰時段釋放能量回饋電網(wǎng),還可以提供頻率調(diào)節(jié)、電壓支撐等輔助服務,進一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可再生能源的利用效率。

四、解決方案

圖1 平臺結構圖

充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術的充電設施管理系統(tǒng),可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,提升用戶的充電體驗和服務質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電,避免在充電站排隊等待的情況,同時也能為充電站提供更準確的充電需求數(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進行實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理,確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電,避免對電網(wǎng)造成過大的負荷。

五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監(jiān)控外,還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理,提高充電站的運行可靠性,降低運營成本,平臺系統(tǒng)架構如圖3所示。

平臺架構

圖2 充電樁運營管理平臺系統(tǒng)架構

大屏顯示:展示充電站設備統(tǒng)計、使用率排行、運營統(tǒng)計圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。

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圖3 大屏展示界面

站點監(jiān)控:顯示設備實時狀態(tài)、設備列表、設備日志、設備狀態(tài)統(tǒng)計等功能。

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圖4 站點監(jiān)控界面

設備監(jiān)控:顯示設備實時信息、配套設備狀態(tài)、設備實時曲線、關聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

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圖5 設備監(jiān)控界面

運營趨勢統(tǒng)計:顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。

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圖6 運營趨勢界面

收益查詢:提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

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圖7 收益查詢界面

故障分析:提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

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圖8 故障分析界面

訂單記錄:提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營商應收信息、充電明細、交易流水查詢、充值余額明細等功能。

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圖9 訂單查詢界面

六、產(chǎn)品選型

 

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式,便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁,包含智能7kw/21kw交流充電樁,30kw直流充電樁,60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給,同時為提高公共充電樁的效率和實用性,具有有智能監(jiān)測:充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能;智能計量:輸出配置智能電能表,進行充電計量,具備完善的通信功能;云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實現(xiàn)實時監(jiān)控,財務報表分析等等;遠程升級:具備完善的通訊功能,可遠程對設備軟件進行升級;保護功能:具備防雷保護、過載保護、短路保護,漏電保護和接地保護等功能;適配車型:滿足國標充電接口,適配所有符合國標的電動汽車,適應不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術參數(shù)。

產(chǎn)品圖

名稱

技術參數(shù)

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AEV200-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP65

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV210-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV300-AC021D

額定功率:21kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV200-DC030D

額定功率:30kW

輸出電壓:DC200V-750V

充電槍:單槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

圖片3

AEV200-DC060D/

AEV200-DC080D

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:單槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC060S/

AEV200-DC080S

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC120S/

AEV200-DC180S

額定功率:120kW/180kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

AEV200-DC240M4/

AEV200-DC480M8/

AEV200-DC720M12

額定功率:240kW/480kW/720kw

輸出電壓:DC150V-1000V

充電終端支持:常規(guī)單雙槍終端

防護等級:IP54

圖片3

AEV200-DC250AD

*大輸出:250A

1個充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

圖片1

AEV200-DC250AS

*大輸出:250A

2個充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

七、現(xiàn)場圖片

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八、結論

電動汽車的廣泛應用對電網(wǎng)負荷特性、運行安全性和規(guī)劃擴展提出了新的要求。智能充電和需求響應能有效管理電動汽車充電負荷,減輕對電網(wǎng)的影響。車聯(lián)網(wǎng)和儲能技術的結合提升了電網(wǎng)的靈活性和韌性,有助于電動汽車與電力系統(tǒng)的深度融合。政策和市場機制的完善是推動這一進程的關鍵。

 

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