（国网甘肃省电力公司电力科学研究院兰州730000）
摘要：全球经济的低碳化发展，对汽车行业和电力行业都提出了新的要求，在汽车行业的变革就是新能源汽车，而电力行业的变革则是智能电网，随着信息产业的快速发展，今后的电动汽车和智能电网将会实现高度的信息化网络化互动化，两者有机的结合将会给人们带来一种新的能源消费方式。结合大量资料，认识到大量电动汽车在充电过程中，不仅会加剧电网系统的峰谷差，同时还会产生大量谐波分量污染电网。对于电动汽车充电过程产生谐波对电网的影响，可以选用PWM新式整流充电设备、加装滤波器、以及优化充电机的投入间隔控制策略等技术手段加以治理和控制，进而实现电动汽车充电与电网稳定运行的安全互动。
关键词：智能电网；电动汽车；充电；谐波治理
0.引言
随着全球经济低碳发展节奏的加快，我国电动汽车产业发展已经起步，国家陆续出台了一些相关政策来鼓励新能源汽车的发展，各大能源供应商也看好电动汽车充电市场电动汽车的发展，对供电网络提出了更高的要求，传统电网将不能满足电动汽车大规模发展后的充电要求。
1.电动汽车发展现状
中国的汽车产业正处于快速发展阶段，到2030年，新能源汽车约达到4000万辆，以纯电动汽车占其中一半计算，将达到2000万辆左右规模。届时的电动汽车充放电站数量将达到万座，慢充装置将达到数千兆个，充电设施的规模非常庞大。纯电动汽车的发展也已达到一定程度，随着动力电池技术的成熟，纯电动汽车的规模化生产指日可待。大量电动汽车的出现将会给电网运行带来很大影响。
2.电动汽车技术瓶颈
电动汽车技术的关键包括电池、电机、电控技术。电池技术是电动汽车发展的主要瓶颈。
2.1电动汽车充电功率特性
电动汽车作为电力负荷，它的充电行为具有随机性、间歇性。目前可以投入使用的电动汽车用电池的最低技术指标为：比能量应大于100（w.h）/kg；比功率应大于150w/kg；循环充放电寿命应大于600次；续驶里程应大于200km；市场价格应低于150美元/kw.h；以及可靠性和安全性应符合相关技术标准等。目前，电动汽车上常用的蓄能电池主要包括：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、以及铿电池等。中国蓄能电池成组技术的不足，导致电池充放电循环寿命缩短，这也是制约我国电动汽车研究发展和使用的瓶颈之一。
2.2电动汽车充电模型结构
目前，应用到电动汽车上的充电机一般是高频充电机，电动汽车的动力蓄电池充电方法与充电控制策略普遍采用典型且应用较为成熟的两阶段充电方法，即：横流限压/恒压限流，CC/CV充电控制技术。
电动汽车一般充电结构模型主要由三相桥式不控整流电路对三相电网的三相交流电源进行整流，然后经滤波电路滤波后经过功率变换后，转换成直流对直流变换，然后通过输出滤波给电动汽车蓄电池充电。由于受蓄电池储能技术等因素的制约，电动汽车的容量均比较小，在现有的蓄电池容量水平调节下，单个或少量电动汽车分布式电源不会对智能大电网系统的稳定运行产生影响。随着电动汽车研究发展的不断进行，这种分布式小容量充放电电池必将成为大电网中的重要电力负荷，这就会影响到电网系统的稳定运行特性。电动汽车在进行充电过程中，由于其具有很强的空间位置和时间波动性，很容易造成电网负荷出现有功和无功功率的不平衡，造成电网电压发生波动、谐波等问题。因此，在电动汽车接入电网后，要充分考虑电动汽车充电过程对电网的影响，并采取有针对性的控制策略，最小化电动汽车充电对电网的污染，提高电动汽车充电安全与电网稳定运行性能水平。
3.电动汽车充电对电网的影响
电动汽车充电对电网的影响因素主要是电动汽车的普及程度、电动汽车的类型、电动汽车的充电时间、电动汽车的充电方式以及电动汽车的充电特性。电动汽车充放电的功率负荷比较大，大量的车辆充电会带来新一轮的负荷快速增长，而且这一负荷具有明显的不均衡性、随机性和间歇性；电动汽车接入电网，还可以作为分布式电源，参与电网的运行，向电网送电，这也将对电网系统的稳定带来隐患。
电动汽车作为用电、发电的终端，电动汽车充放电对电网的直接影响主要反映在配电网这一层面，对配电系统的安全性、适应性、互动性提出各种新的挑战和要求，需从电网规划、建设、运行、服务四个方面综合考虑电动汽车发展对电网运营带来的影响和挑战。
3.1电动汽车充电对输电网络的影响
美国国家可再生能源实验室（NationalRenewableEnergyLaboratory，NREL）根据不同插入式电动汽车发展场景研究了电动汽车负荷对6个区域电网的影响，在每一种场景下假设电力公司完全控制了电动汽车的充电行为，且每40%的汽车能源来自电力，通过模型分析表明在不进行额外电力基础设施建设的情况下，这6个区域的电网可以支撑区域内50%的汽为充电汽车，由此将引起5%~10%的电能需求增加。
3.2电动汽车充电对配电网的影响
电动汽车充电不仅会影响配电网的负荷平衡，而且会给配电网带来其它问题。电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区的负荷紧张；电动汽车充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。当电动汽车在负荷高峰时刻进行充电时，充电设备产生的电网电流需求会使电力系统过载，使剩余电量储备增加，使电网效率降低。针对这些影响提出2种充电协调方法：分布协调和集中协调。分布协调指当整个充电站的总电流需求量在规定范围内时，使每辆电动汽车的充电电流最大，从而缩短充电时间。集中协调指通过计算机的智能判断来协调每辆电动汽车蓄电池的充电时机、电流大小以及充电时间长短，从而实现总电流需求量不超载的目的。
3.3电网谐波污染影响
目前电动汽车上常用的充电设备主要包括“不控整流+斩波器”和“不控整流+DC/DC变换器”两种主要形式。其中“不控整流+斩波器”属于早期的充电产品，这种充电设备在充电过程中会向电网注入非常大的谐波电流。据一些研究资料表明，“不控整流+DC/DC变换器”充电模式其电流总畸变率可以高达86.2%，其所产生巨大谐波电流对电网污染特别大，不适合大规模集中接入到公用电网中进行充电。电动汽车在充电过程中向电网注入谐波分量，会使测控装置中的电流表、电压表、功率表等计量仪器仪表产生较大的误差。过量谐波电流会造出电网系统中并联的大容量电容器发生损坏。较大的谐波电流会增加电网系统的能耗，同时还会产生较大的热量降低电网系统运行可靠性。谐波还会使电动汽车充电控制保护系统发生误动、拒动等不利工况，有的甚至会发生跳闸等事故。
4．降低电动汽车充电对电网影响的策略
1）新式充电设备由IGBT组成的三相电压型PWM整流器和高频隔离DC/DC变换器共同组成。
2）有源（或无源）交流滤波器在电网系统中的使用，可以通过电力电容器、电抗器、以及电阻器等相互组合形成具有滤波功能的装置，与电动汽车充电站负荷相互并联工作，不仅可以起到滤波作用，同时还可以兼顾无功补偿和动态调压的作用，有效提高电网运行安全稳定性。
3）集中协调法的模糊优化控制方式，由模糊控制理论、神经网络等优化控制算法相结合，它根据所收集到的电能供需侧的实时信息，动态判断出电动汽车充电电流分配的优先权，进而确定电动汽车充电站的充电器优化调配数量和每辆电动汽车的充电电流，通过反复的动态调节，防止充电站中充电电流需求出现较大波动等不利工况，确保电网负荷保持基本动态平衡特性。
5.结束语
电动汽车接入电网是一个复杂的调节控制过程，除了要根据电池的充电特性合理考虑电动汽车电池充电和接入电网的控制系统外，还应考虑电动汽车在充电过程所产生的谐波分量对电网的影响。对于集中式、采用充电机进行充电的大量电动汽车接入到电网进行充电时产生的谐波污染，除了要结合工程实际情况考虑加装谐波治理装置以外，还应从选用新型PWM整流充电机、优化充电机的投入间隔控制策略等方面有效抑制电动汽车充电过程中的谐波分量，实现电动汽车充电与电网稳定运行的安全互动。随着电动汽车与电网互动协调运行技术的研究与推广，一方面通过谷电利用，降低峰谷差，减少电网在支持大规模电动汽车应用上的建设改造投资；另一方面通过电动汽车提供的削峰填谷和辅助服务，提高电网安全稳定性和运行效率，实现电网电动汽车用户汽车企业三方共赢，促进电动汽车节能减排作用。在电动汽车动力电池技术性能不断提升的基础上，实现互动技术，一方面电动汽车根据电网的实时状态及电价信息，在互动控制中心统一的调配下，实现最优的充电模式，提高配电网的利用率，有效地缓解因电动汽车大规模发展而带来的用电压力；另一方面利用电动汽车负荷电源一体化的特性，通过智能控制，使电动汽车储能单元与充放电机结合，为电网提供削峰填谷运行备用事故备用调频调压等辅助服务，对电网安全稳定可靠经济运行具有重要意义。
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作者简介：
陈宏刚（1979-），男，硕士，从事电力设备技术监督与状态评价及检测工作。.