電動汽車作為正在培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，已成為新能源汽車發(fā)展的主要方向，也將成為21世紀最有潛力的交通工具。隨著我國建設電動汽車換電站、充電站和充電樁計劃的逐步清晰，電動汽車充電設施的建設已經開始進入實質階段。隨著電動汽車銷量的逐步增加，電動汽車的充電問題受到各國政府和電力公司的重視。我國從“九五”開始明確支持電動汽車的發(fā)展和示范運行，北京、上海、深圳等示城市紛紛開展了電動汽車充電設施的建設工作。國家電網公司在“十二五”期間，將建設充換電站2351座、充電樁22萬個。

可以預計，隨著未來電動汽車的普及，將有大量電動汽車接人電網充放電。如果沒有相應的政策和手段來對其充放電行為進行引導，那么大規(guī)模的電動汽車無序充放電行為將對電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃產生非常不利的影響。本文將電動汽車有序充放電管理作為研究對象，研究電動汽車充電負荷的負荷特性，從我國實際國情出發(fā)，結合需求側響應，提出對其進行有序充放電管理的建議。

1.電動汽車能源供給模式分析

電動汽車的行駛依靠電池提供動力，而電池的電力，必須來自于電網，所以發(fā)展電動汽車，電網對電動汽車的能源供給方式即電動汽車的充電模式是首先需要解決的問題。

1.1 電動汽車充電模式

電動汽車有多種充電方式可供選擇，現(xiàn)今普遍采用常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種模式。其他充電方式，例如無線式充電、移動式充電等尚處于試驗研究階段。

(1)常規(guī)充電。常規(guī)充電或慢速充電充電電流小，約為15A，充電時間一般需要5—8h，充電器和安裝成本比較低，可以充分利用電力低谷時段進行充電，比較適合家庭、停車場等場所。但是，充電時間過長，不能滿足車輛的緊急運行需要。

(2)快速充電?？焖俪潆娪址Q應急充電，是以較大電流在電動汽車停車的20min至2h內為其提供的短時充電，快速充電站建設設施成本比較高，充電電流比較大，一般充電電流為150~400A，可能對公用電網產生有害影響。

(3)換電池充電。換電池充電是指茌電動汽車的電池電量不足時，選擇附近的電池更換門店或是移動電池更換車，直接更換電動汽車的電池組，用充滿電的蓄電池更換已經耗盡的蓄電池，這有利于提高車輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性;而且對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進行充電，降低了充電成本，提高了車輛運行經濟性;從另一個側面來看，也解決了充電時間乃至電池質量、續(xù)駛里程及價格等難題。

但由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機械來快速完成電池的更換、充電和維護，而且這種模式下，電池與電動汽車的標準化、電動汽車的設計改進和充電站的建設與管理、電池更換門店的規(guī)劃以及電池的流通管理等問題都需要研究解決。

(4)無線式充電。電動汽車無線充電方式原理就像在車里使用的移動電話，將電能轉換成一種符合現(xiàn)行技術標準要求的特殊激光或微波束，在汽車頂上安裝專用天線接收即可。有了無線充電技術，公路上行駛的電動汽車可通過安裝在電線桿或其他高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能，電費從汽車上安裝的預付卡中扣除。

(5)移動式充電。電動汽車移動式充電(MAC)分為接觸式和感應式2種。對接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車體底部安裝一個接觸摸，與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時高電流，當電動汽車巡航通過MAC區(qū)時，其充電過程為脈沖充電。對于感應式的MAC系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產生強磁場的高電流繞組所取代。

1.2 電動汽車充電模式分析

電動汽車現(xiàn)今普遍采用的常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種充電模式各有自己的優(yōu)點和不足。

(1)常規(guī)充電模式簡單方便，建設分散式充電樁成本低，但是，針對我國目前私人電動汽車擁有量很低且城市停車位緊張的局面，充電樁的規(guī)劃設計與建設均存在不少困難，而且這種方式負荷隨機性強，如果沒有相應的管理措施，將會對電網產生嚴重影響。但將來隨著私人電動汽車保有量的增加，這種模式將占電動汽車充電的很大比例。

(2)快速充電模式主要服務于沒有條件實現(xiàn)慢充、中長途旅行和應急充電的用戶，這種方式需要占用土地建設大量充電站，且充電站的布局要合理。雖是快充，但充電的等候時間相對于目前加油站還是要長。針對我國現(xiàn)狀，建設大量的快充站，在土地征用、城市規(guī)劃等方面也存在不少網難，快充電站很難完全主導電動汽車的充電，主要是作為其他模式的補充。

(3)換電池充電模式要求車載電池必須標準化，更換逮度要快。但目前不少電動汽車制造企業(yè)的核心技術是電池本身，而電池的成本占據(jù)電動汽車總成本的一半甚至更高，要求汽車制造商接受這種模式需要國家相關部門的大力推動，尤其是要制定相關標準以保障實施。而對于供電企業(yè)來說，建設換電站簡單方便，可以通過引入專用線路給充電站供電，易于控制電池的充電，減少對現(xiàn)有電網的沖擊，而且換電站的大量電池，還可以起到儲能站的作用，當電網需要電量的時候，可將電池電量快速返送回電網，實現(xiàn)備用、調峰、調頻等，這種方式對電網運行有利。當前我國私人電動車較少，一般都是電動公交車、出租車、旅游景區(qū)車、政府公務車、環(huán)衛(wèi)車等，這些車輛車型單一，行駛時間、里程有規(guī)律，適合換電模式。

鑒于我國目前電動汽車和充電技術的發(fā)展水平，換電方式適合在公交公司、出租車公司、政府以及具有同一類型汽車的公司使用，這些公司或部門可以把需要充電的電池集中起來在負荷低谷期進行充電。電動公交車可以采用晚上常規(guī)充電、白天結合快速更換電池的方式以保證正常運行。對于私人擁有的電動汽車可以盡量選擇在夜間或者上班時間利用充電樁進行慢速充電，而在緊急的情況下使用快速充電方式。

2. 電動汽車充放電對電網的影響分析

電動汽車作為智能電網中一種特別的負荷，除了從電網中獲取電能外，還能向電網回送電力，這就是電動汽車的V2G模式，即電動汽車一電網互動技術(Vehicle to Grid，V2G)。

2.1 電動汽車V2G模式

V2G技術描述的是一種新型電網技術，電動汽車不僅作為電力消費體，同時，在電動汽車閑置時可通過蓄電池放電為電網提供電力，實現(xiàn)在受控狀態(tài)下電動汽車的能量與電網之間的雙向互動和交換。利用電動汽車大規(guī)模接人形成的規(guī)模效益，配備V2G技術支持，電動汽車電池既可為車供能，又能作為智能電網的移動儲能單元接人電網，用于削峰填谷、旋轉備用，提高電網供電靈活性、可靠性和能源利用效率。

有文獻資料顯示，一天當中900/0的電動車輛都可以參加V2CJ服務，即使在交通的高峰期也有80%多的車輛是停著的，而且對于私家電動車一天當中只有4%~5%的時間是行駛的，也即95%的時間可以參加V2G服務。即便是白天出勤率高的電動公交車、出租車、環(huán)衛(wèi)車和貨運車輛等，也可以在夜間負荷低谷時充電，起到填谷的作用。而且電動汽車電池的充放電效率比一般的抽水蓄能電站運行的平均綜合能源效率要高，充放電速度可達到毫秒級，對調節(jié)命令響應快速準確。V2CJ具有一定的調頻功能，且V2G站可以不受動作次數(shù)和頻率限制實現(xiàn)功率上調和下調的交替工作，這一點與常規(guī)電廠比較具有明顯優(yōu)勢。隨著以風能、光伏為代表的分布式電源的發(fā)展，由于風能和光伏的間歇性特征，使發(fā)電輸出功率具有較大的波動性，可以利用電功汽車充電站的V2G功能，使其作為備用容量對分布式電源接人所產生的擾動進行平抑，以減少火電或其他常規(guī)機組的備用容量。

可見，V2G技術的應用具有明顯的社會效益和經濟效益。V2G中的車輛在完成自身行駛功能的同時，不需要添加額外裝置，充分利用閑置的電動汽車儲能能力，鼓勵用戶參與V2G服務，使電動車用戶獲得收益，既節(jié)省增設固定儲能裝置投資，又可減少部分電廠的調節(jié)容量，進而提高常規(guī)電廠運行的經濟性能，是實現(xiàn)電網、常規(guī)電廠、電動汽車用戶多贏的好方式。

2.2 電動汽車充放電對電網的影響

隨著電動汽車的普及，電動汽車將大規(guī)模接人電網充放電，大規(guī)模的電動汽車無序充放電行為將對電力系統(tǒng)產生很大影響。

(1)大規(guī)模電動汽車充電將帶來一輪負荷增長，若電動汽車集中在負荷高峰期充電，將進一步拉大電網負荷峰谷差，加重電力系統(tǒng)的負擔。

(2)電動汽車用戶充電時間和空間分布的不確定性將導致電動汽車充電負荷具有較大的隨機性，這將加大電網控制的難度和運行風險。

(3)電動汽車屬于非線性負荷，充電所使用的電力電子設備將產生大量的諧波，降低電能質量，減損電氣設備比如配電變壓器的使用壽命。

(4)電動汽車的接人對配電網的規(guī)劃提出新的挑戰(zhàn)。配電網大量充電設施的建設以及大量的電動汽車充電負荷將改變配電網用電結構，傳統(tǒng)配電網規(guī)劃準則將無法適用于大規(guī)模電動汽車接人的場景。

因為電動汽車的充放電行為完全從屬于車主的意愿，使用常規(guī)的調度手段來使其按照電網側的安排進行充放電是不現(xiàn)實的。然而，需求側響應作為可以充分利用價格杠桿的手段，運用得當可以激勵電動汽車用戶主動對其充放電負荷進行有效管理。

實施基于需求側響應的電動汽車充放電有序管理，可以在一定程度上有效整合規(guī)模龐大卻又時空特性分散的電動汽車進行有序充放電，以減小對電力系統(tǒng)的影響，節(jié)約車主充電成本，有效提高電網的利用率。

3.電動汽車允放電的負荷特性分析

根據(jù)電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀，可將電動汽車的充放電負荷分為分散充電樁充放電負荷、公交車充電站負荷、快充電站充電負荷和換電站負荷4種類型。

3.1 分散充電樁充放電負荷

使用分布式充電樁進行常規(guī)充放電是私人電動汽車的首選充電方式，隨著電動汽車的發(fā)展和普及，私家電動汽車相對其他種類的電動汽車而言，數(shù)量相對較大，分布范圍很廣，運行和充電隨機性更強，但正是由于其極大的充電隨機性，電動汽車的充電負荷大多在一定程度上是可以調控的，因而，研究電動汽車分散充電樁充放電負荷特性，有針對性地對其進行調節(jié)，有利于改善充電樁規(guī)?；ㄔO時電網的負荷特性。對于電動汽車用戶來說，如果沒有

電價等激勵因素，他們一般都會選擇在自己方便的時候給車充電，而且不考慮向電網放電。因為電動汽車用戶的周車目的及頻率等因人而異，考慮到用戶用車情況及使用習慣的多樣化，電動汽車充電時間的選擇就是一個隨機變量。由于充電時間選擇受用戶個人偏好等一些隨機因素影響，而這些影響因素的變化在自然狀態(tài)下是相互獨立的，互不干擾，同時也可以疊加，因此根據(jù)概率論與統(tǒng)計學的相關理論，可以認為電動汽車充電時間的選擇這個隨機變量也是服從正態(tài)分布的。

3.2 公交車充電站負荷

電動公交車屬于大容量大型電動車，其充電設施建設模式為“1車1位1機”，即車輛數(shù)與充電機數(shù)基本一致。在充電站規(guī)模化發(fā)展階段，可以認為大多數(shù)電動公交車都能實現(xiàn)日間行駛夜間充電，只有少量需要直接更換電池進行日間電能補給。鑒于此，可以考慮將公交車負荷當作純可控負荷來處理，并不考慮其向電網回送電力的能力，且電動公交車的這種負荷因為其行駛線路固定，在自然狀態(tài)下的負荷需求也是基本固定的。

3.3 快充電站負荷

快充電站可以在車輛行駛的間隙進行快速充電，以滿足其運行需要，由于其充電電流較大，所以可能會對區(qū)域配電網產生有害影響。而且快充電站的負荷主要受充電車輛的影響，不確定性很大，而且電動汽車到快充電站充電，一般都是電池電量很低急需充電續(xù)航的時候，所以快充電站的負荷隨機性大，且不可控性高，而且在充電過程中可能對電網產生諸如諧波、電壓等電能質量的影響。

3.4 換電站負荷

換電站有多種可行的運營模式。一種比較合適的換電站運行模式是集中充電、配送電池、在換電門市完成換電。大規(guī)模的電池充電站可以建在比較偏僻且對于電網來說更易于控制的地方，通過物流配送的方式，送到規(guī)劃好的各個換電門市，這樣可以避免換電門市在市區(qū)占用大量的土地，又可以方便地對電池充放電進行管理。在這種模式下，換電站的負荷比較容易控制，可以在電網負荷低谷時集中充電，也可以在電網負荷高峰或是需要備用、調頻的時候集中快速放電，起到儲能站的作用。當然，換電站的這種負荷的充放電調控受到用戶換電需求、電池特性等約束，有其調控的上下限。