电动汽车使用对电网负荷曲线的影响初探

电动汽车使用对电网负荷 曲线的影响初探 非方 交通大学 � � ! ! ∀ 雷 黎 刘权彬 摘要 电动汽车的使用对 电网曲线的调节作用进 行了初步探讨 , 并在其基础上提出 , 对将来 电动 汽车普及后 , 对电动汽车的充电时间应进行适当 引导的建议 。 叙词 电动汽车 能源 调节 电动汽车是 目前世界各国特别是发达国家都 在积极发展的一种新型的交通工具 , 它具有低污 染 、 低能耗的技术特性 , 同时又能改善目前的交 通工具的能耗结构 , 对解决城市交通 的严重污染 问题和能源消耗的结构性矛盾问题都有积极意义 。 因此 , 在 “ 八 · 五 ” 、 “九 · 五 ’, 期间政府把发展电 动汽车列为国家重大科技项 目进行研究 , 以期早 日开发出实用型电动汽车 , 以缩短在汽车工业方 面与发达 国家的差距 。 在美国 、 法国 、 德国 、 日本等发达国家 , 电 力公司积极支持电动汽车的研究开发 , 其主要原 因在于电动汽车蓄电池充 电时 , 可以对电网在用 电低峰时起到调峰作用 , 而不影响用电高峰时对 电力的需求 , 这样就可以使用电低峰的部分剩余 电能得 以利用 , 提高 电网的经济效益 , 同时又能 达到环保的目的 。 由于电动汽车未来的普及程度以及其技术的 发展都有很大的不确定性 , 电动汽车对能源和动 力的需求不仅仅由电动汽车的数量和它们的使用 方式所决定 , 而且又受在某一时刻的电动汽车充 电数量和蓄电池的充电模式的影响 #’∃ , 同时 , 它对 电网系统负荷曲线的影响又受到蓄电池的充电时 间和充电方式决定 #%∃ 。 这就很难用传统的方法来 预测电动汽车的普及对电网系统负荷曲线的影响 。 文献 #&∃ 在美国南加州爱迪生电力公司对 电动车使 用对其电网系统的影响的研究基础上 , 对其研究 结果进行了充分的分析 , 并就不同情况下 �包括 充电时间的选择和对电动车的使用采取不 同鼓励 措施 ∀, 电动车的普及使用对其电网系统的不同影 响进行了研究 , 研究结果表明 , 应该对电动车充 电时间进行适当管理 , 否则可能会导致用电的第 二高峰 , 同时该研究结果还指出 , 对在不同时间 充电可考虑实行不同电价 , 这些结果对我国在制 定相关的政策时及确定电力企业在促进 电动车普 及方面应作的工作时具有参考意义 。 本文主要就 电动汽车的普及对 电网负荷曲线的影响作一初步 探讨 。 分析的假设条件 分析由于 电动汽车的普及应用 , 蓄电池充电 对电力系统负荷曲线产生的潜在影响具有十分重 要的意义 , 它可 以为国家及电力企业在鼓励电动 汽车的使用时在电力方面所应采取的政策与措施 提供了比较明确的参考 , 对我国在制定相关的政 �∋ % ( & & ! ! ) ( ∗ ∗ ! ∋ % ) �∀ ) ) + ∗ � & 】】曰 �+ ! 结论 通过能耗制动 试验 , 我们测得了, − 一% ∋ 直流 牵引电机在制动运行时的质量状态 , 建立起了实 际需要但试验标准尚无的试验方法 。 这种试验方 法同样可适用于有能耗制动要求的其它直流电机 , 在测试台上测得电机能承受的制动电流值可供电 扫.设计人员和用户使用 。 �收稿 日期 / �+ + +一 +一 % + ∀ 邱毓鸿 男 ∗! 年生 工程师 ∗,‘�,� !生从头,∀未 , #∃∀今%办%件 &已%∋ 产�了,孟∋一() 图 ∋ 制动电流 ∗ ++ 八时片间电压曲线图 《电机技术》, + + + − ./ 、、012、今3勺∀01‘了2、 策时也有一定的参考价值 。 、 本文在以下的假设条件上对电动汽车的使用 对 电网负荷曲线的影响进行了分析3 − )/ 在我国 , 电动汽车的使用已初具规模 4 −, / 每辆电动汽车每天只进行一次充电 4 − 5 / 电动汽车的充电采用快速充电法 。 根据马斯第一 、 第二定律 3 凡)∃ 6 7)8 “ 二二—护万.+9 ∃ : 一 反 了万 )∃6 7); , 分析模型的建立 , % . 蓄电池的充电特性 如果采用常规的充电方法对电动汽车蓄电池 进行充电 , 则其充电的时间长 , 给电动汽车的使 用者带来诸多不便 , 这也是 目前电动汽车的缺点 之一 。 因此 , 美国 、 法国 、 德国 、 日本等国家都 在蓄电池的快速充电方面进行了深入的研究 , 也 取得了可喜的成绩 。 福特汽车公 司研制成功的电 动汽车快速充 电器博西充电器 − <∃ => : ? ≅ Α Β Χ Α / 对电动汽车一次‘Δ生充满电能的时间仅为,+ >&Ε & 。可 以认为 , 快速充电是 以后 电动汽车用蓄电池的主 要充电方法 。 所谓快速充电是相对 于常规充电而言 , 其特 点是 4 在充电过程中 , 蓄电池的充电电流始终等 于或接近于蓄电池的 可接受电流 −即蓄电池不被 击穿的最大电流 / , 在很短的时间内完成对蓄电池 的充电 , 而在这个过程中 , 且温度也不会太高 −在 ∋ + + 以一「/ 。 在充电过程中 , 为了尽量减少极化 , 可以写 出蓄电池的允许充 电特性 , 即在不产生气泡或微 产生气泡的条件下 充电电流随时 间变化的 曲线 为 3 介几Φ 一 “ ‘ −. / 其中 3 > 一蓄电池可以接受的充电电流 −不会 使蓄电池击穿 / , 即允许的充电电流 4 .+ 一 .9 +时最大的允许充 电电流 , 它 由蓄电 池的使用状态来决定 4 。 一蓄电池固有充电电流接受比 , 又称固 有接受比 , 它等于粤 , 其中 : 为蓄电池’ 1 之认 Γ 卜‘ ’ ‘ 、“ “ ’ Γ ’ Γ Η “ 田 ’% . 山 需要充入的容量 。 从蓄电池接受比 。 的定义中可以看出 , 当蓄 电池的容量确定以后 , 充电电流接受比。 越大 , 表 示蓄电池接受能力越强 , 充电的速度也将越快 , 即 充电时间越短 。 其中 3 Ι ϑ一蓄电池放 电电量常数 , 视放 电电量的 大小而定 4 7 一计算常数 4 几一放电电流 。 凡 , 7 可通过实验 , 由马斯第二定律求出 。 , % , 单个蓄电池充 电所消耗的电量 蓄电池在充电时所消耗的能量用 Κ 表示 , 当 充电电流恒定时 , 牙为 3 不召三 Λ · > · Μ −∋ / 在充电电流非恒定时 , Κ 为 3 Ν 9 此Ο% 户 8) − ∗ / 其中 3 Λ 一蓄电池的平均端电压 4 Λ 一蓄电池的端电压 4 > 一蓄电池的充电电流 4 Μ 一蓄电池完全充电所需的时间 。 在前面我们知道 , 蓄电池在充电时 , 其充电 电流随时间而改变的 , 因此 , 利用式 − ∗ / 可以 求出单个蓄电池在充电时所消耗的能量 。 肚此Ο · .+ · Φ一 , · 8) −Π / 由式 − , / 求出的 。 二 凡 2 + Θ权 , 式 −5 / 求 出的 .+ 9 Ι ϑ六于)∃ 6 7‘代人式 了万 − Π / , 有 砰 9 刀卜 .+ · 任万矛一 Ρ · 8Σ 一此ΟΙΤ 沥 .+Θ 扛 , 岁黔二2 8) − Υ / , % 5 电动汽车蓄电池充电时间的选择 电动汽车使用者一般选择在自己方便的时候 对电动汽车进行充电 , 因此 , 电动汽车蓄电池充 电时间对我们来说是一个随机变量 , 由于电动汽 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 干扰的 , 又可以认为是可以叠加的 , 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 。 为此 , 我们假设电动汽车的充 电时间 是服从ς − 、 , , / 分布的 , 即对于不同的充电时 间 , , 有 必 − 4 / 一召一 % 。Λ 艺 汀 『 − , 一 夕 /之 一畜下飞, 。 设 ΜΩ 和 几 分 《电机技术》, + + + −./ 别表示用 电低谷开始时间和结束时间 。 对于 召和 二 的值可以通过 以后对电动汽车充电时间选择的 · 调查数据求 出 。 % 4 ! 一段时间 5内总的在充电电动汽车数量的确定 我们假设在用的电动汽车总数为从 6 , 其值 为一常数 。各个时间段 内总有一定数量的电动汽 车在进行充电 , 设其数量为 7 , 从电动汽车充电 时间的选择概率分布我们可以理解 , 一定区间内 的电动汽车在充电数量与电动汽车充电时 间的选 择有着必然的联系 , 即都服从正态分布 , 同时又 具有相同的概率 , 这样 , 可 以求出在时间区间 〔5 ’ , 5 ’ 85 �内的 7 值 / 刀七从 6 9 刀亡6 事5 必 �:∀;: ·叮 <井鉴‘ 。 0 = 么 汀 『 �卜 尸 ∀之 % 汀 之 �)∀ % 4 ( 在时间区间【5’ , 丁, 十5∃ 内电动汽车充电总 的消耗的能量 由式 �∋ ∀确定的每辆电动汽车蓄电池充电完 成后所消耗的电量为 班 9 几 6 · � 人 / 0> ?≅ , 刁 Α 厅 , 4 ;: 那么时间在区间〔5 ’ , 5 ‘ 8 5∃ 内电动汽车充电总的 消耗的电量显然与在该时间区段内的在充电电动 汽车的时间有以下关系 / 的值 , 这样可以得出一条以时间变量 5 为横坐标 的曲线 , 我们把这条曲线称为电网负荷曲线的调 节曲线 。 即式 �� ∀ 所确定的是 电动汽车充电所 消耗的电量 。 在时间区间 #5 Β , 5Χ∃ 内乃至一天的 时间内 , 电网的实际负荷曲线是在没有电动汽车 充电时的负荷曲线加上由式 �� ∀ 确定的曲线 。对 #5 Δ , 5 Χ∃ 区间内来说 , 电动汽车充电所消耗的电 量对电网来说是增加 了时间区间【5 Β , 5 Χ∃ 的负 荷 , 这样可以对电网在该区间内的用 电低峰起调 节作用 , 即电网的负荷调节 。 从上面的分析可以看出 , 如果电动汽车使用 者在电网用电高峰时对电动汽车蓄电池进行充电 , 不但不能对 电网负荷起到负荷调节作用 , 反而增 加 电网的负荷 , 对 电网造成不利的影响 。 因此 , 在 电动汽车普及使用后 , 应该对电动汽车使用者进 行正确引导 , 使之在有利于调节电网负荷曲线的 时间区段内对电动汽车蓄电池进行充 电 。对此 , 今 后可 以通过对电动汽车充电时间选择的调查 , 根 据式【� � 计算并画出电网负荷调节曲线 , 确定一 个最佳的时间区间 。 为了达到这一 目的 , 可以在 该时间区间内对电动汽车蓄电池充电实行优惠政 策 , 即分时段计价方法 , 鼓励电动汽车使用者选 择该时间区间对电动机汽车蓄电池充电 , 这样 , 不 仅可 以使电动汽车使用者获得经济利益 , 同时还 可以对电网在用 电低峰时起到负荷调节作用 , 从 而能提高电力企业乃至整个电力系统的经济效益 。 砰 ‘ 二牙 · 【必 � 5 3 8 5 一 “ 『 5 3 一 召 、 � ∀一 甲 .— ∀1一 、 4广·法万 Α导 · 、 。+∀ 则完成对 7 辆 电动汽车充电所消耗电网总的电量 / 砰 丫 9 7 · 砰 尹 Ε 、 Φ 。 。丫 8 5 ∀ 。共斗异— , = 「, 、 夕 4 、 石二二二 一 公 < 3 , , 4Γ · = 乙 兀 Η 月卜 Ι 沥 ϑ>Δ ≅.0 一 人二0> ?≅ ϑ“抓苏 �� ∀ ! 结束语 发展电动汽车对我国汽车工业来说 , 是缩短 与发达国家在汽车工业方面的差距的一次有利举 动 。 对此 , 国家应制定有利于促进电动汽车发展 的政策 、 法规 , 特别是在电动汽车发展初期 , 应 制定对使用 电动汽车的优惠玫策 , 如在电价方面 的优惠政策 , 这样就能促进电动汽车的发展 , 并 最终减轻燃油汽车的污染问题 。 对 5 ’ 在一天的时间区内选择不同的值 , 可 以得出不同的Κ 互/值 , 这样可 以得出一条曲线 , 我 们把该曲线称为电网负荷曲线的调节曲线 。 参 考 文 献 & 结果 �模型 ∀ 分析 根据我国目前电动汽车的使用情况 , 缺乏相 关数据来对电动汽车的使用对电网负荷曲线的调 节作用进行分析 , 在此我们通过式 �� ∀ 来进行 定性分析 。 根据式 �� ∀ 的结果 , 我们可以对 5 取不同 《电机技术》 % �ϑ∀ 0 Λ · 5 · Β :Μ Μ:Δ , Ν · Ο · Π 2 Μ; Θ , Ρ · Ρ 2ΜΛ> Δ:Μ 2ϑϑ ΣΔ , Τ Δ · 5ϑϑΜ ϑϑΜ一Υ Ρ Δ :Μ: 4Δ:ΣΑ ‘�� Ο Α:ϑϑ> ; ϑς 2 Λ2 Α; ΣΑ : ΣΥ ? :ΣϑΑ 7 Χ5 Ω Μ Υ ”> Υ ΣΑ Ξ Ψ 22Α Υ :Π ΑΥ Α 2Μ : Α; ςΘ Μ Ξ > 一ϑΑ Α 一� Γ : 2 Μ : ϑ> Υ > Ζ Χ ϑΑ Α :2 ΣΑ = Α [ ΣΑ ϑΑ Δ ∴ Μ : :Α 2Θ Ξ [ Μ 2 ? 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