【正文】 的影響，以及電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃。如何引導(dǎo)或控制數(shù)量龐大的電動汽車的充放電行為，產(chǎn)生對電網(wǎng)有利的影響。電動汽車充電負(fù)荷屬于非線性負(fù)荷，所使用的電力電子設(shè)備將產(chǎn)生一定的諧波，有可能引起電能質(zhì)量降低問題。電動汽車充電將導(dǎo)致負(fù)荷增長，若大量電動汽車集中在負(fù)荷高峰期充電，將進(jìn)一步加劇電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，加重電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。2010年4 月，《電動汽車傳導(dǎo)式充電接口》、《電動汽車充電站通用要求》、《電動汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機(jī)之間的通信協(xié)議》和《輕型混合動力電動汽車能耗量試驗(yàn)方法》4項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)出臺，而國家對包括電動汽車在內(nèi)的新能源汽車也實(shí)施了補(bǔ)貼扶持政策[3]。電動汽車作為新一代的交通工具，在節(jié)能減排、減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢。電動汽車具備接入電網(wǎng)進(jìn)行電能補(bǔ)給的能力，受到各國政府的廣泛關(guān)注。目前，電動汽車主要分為插入式混合電動汽車(plugin hybrid electric vehicle ，PHEV) 和純電動汽車(battery electric vehicle ，BEV) 。（2）電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制難度的增加。 （4）對配電網(wǎng)規(guī)劃提出新的要求。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著未來電動汽車的普及，電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)充電，將對電力系的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。影響電能質(zhì)量，電動汽車充電負(fù)荷屬于非線性負(fù)荷，所使用的電力電子設(shè)備將產(chǎn)生一定的諧波，有可能引起電能質(zhì)量問題。對動力電池的建模，在研究不同問題時(shí)，做一定程度的近似或簡化。在分析電動汽車隊(duì)配網(wǎng)影響時(shí)，也有采用恒功率負(fù)荷模型。并概括了中國電動汽車的發(fā)展規(guī)劃，分為2010—2015年（公交車、出租車、公務(wù)車示范運(yùn)營）、2016—2020年（公交車、出租車、公務(wù)車規(guī)?；l(fā)展，少量私家車）、2021—2030年（私家車大規(guī)模發(fā)展）三個(gè)階段。（3)電動汽車電能補(bǔ)充方式目前的電動汽車充電方式主要有充電和換電兩種。 電動汽車接入對城市配電網(wǎng)的影響（1）電動汽車接入對電源建設(shè)的影響電動汽車大規(guī)模接入對電力系統(tǒng)的直接影響是導(dǎo)致負(fù)荷的增長，因此電源容量是否能滿足電動汽車大規(guī)模發(fā)展的必須得到保障。電動汽車的聚集性充電可能會導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張；電動汽車充電時(shí)間的疊加或負(fù)荷高峰時(shí)段的充電行為將會加重配電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。另外，電動汽車對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性也會帶來影響。文獻(xiàn)[12] 指出電動汽車充電站布局包括“需求”和“可能性”2 個(gè)因素，衡量充電站需求的主要指標(biāo)是交通量與服務(wù)半徑2 個(gè)要素，決定可能性與否關(guān)鍵在于交通、環(huán)保及區(qū)域配電能力等外部環(huán)境條件與該地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃,并且充電站的設(shè)置應(yīng)充分考慮本區(qū)域的輸配電網(wǎng)現(xiàn)以及電動汽車的發(fā)展趨勢。文獻(xiàn)[15] 建立了電動汽車–風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的優(yōu)化模型，以中國區(qū)域電網(wǎng)為例，分析了調(diào)度電動汽車充電以平滑電網(wǎng)等效負(fù)荷波動、消納夜間過剩風(fēng)電的可行性。文獻(xiàn)[17]以使網(wǎng)損和充電成本最小為目標(biāo)，基于網(wǎng)損靈敏度選擇優(yōu)先充電的電動汽車，提出了電動汽車實(shí)時(shí)有序充電控制策略，該策略可有效降低配電網(wǎng)的網(wǎng)損，并改善配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓波形。 電動汽車充電機(jī)對配電網(wǎng)的諧波影響（1）充電機(jī)的諧波影響研究國內(nèi)很多研究人員通過建模和仿真研究充電站對電網(wǎng)造成諧波污染的問題。（2) 諧波治理針對充電設(shè)備帶來的諧波污染等問題，可以總結(jié)出以下對策：（1）貫徹執(zhí)行與諧波相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，從總體上控制供電系統(tǒng)諧波水平。對諧波污染可采用就地治理的辦法，在充電站(機(jī))就地完成諧波治理工作，未來的充電站建設(shè)可能越來越多地應(yīng)用綠色充電機(jī)(充電過程中能夠有效抑制諧波且功率因數(shù)較高的充電機(jī))治理諧波。（2）電動汽車大規(guī)模接入對配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測的影響電動汽車大規(guī)模接入后會導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)新增大量用電設(shè)備，而這些用電設(shè)備又存在較大的隨機(jī)性,會給傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測增加了新的不確定因素，因而需對傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測需要坐出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)行相對較為準(zhǔn)確的配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測，對以后的城市配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供指導(dǎo)。第2章 電動汽車負(fù)荷分類 第2章 電動汽車負(fù)荷分類電動汽車大規(guī)模使用，充電負(fù)荷接入電網(wǎng)，將對城市配電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行以及電力市場的運(yùn)營產(chǎn)生深刻影響。 電動汽車充電模式 電動汽車的充電模式主要有三種：常規(guī)快速充電、常規(guī)慢速充電、地面充電系統(tǒng)(快速更換電池)。常規(guī)慢速充電一般采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時(shí)間為5至8小時(shí)，甚至長達(dá)10至20小時(shí)。地面充電系統(tǒng)(直接更換電池)，可以直接卸下己經(jīng)耗盡的電池，更換己經(jīng)充滿電的電池，極大地提高汽車?yán)眯?。它們決定了用戶的充電時(shí)間、需求電能以及獲得充電服務(wù)的情況。隨著V2G 技術(shù)的提出和推廣，能量雙向流動的充電設(shè)施將成為主流。 電動汽車充電負(fù)荷分類電動汽車的充電模式?jīng)Q定了它與電網(wǎng)互動的模式。其中,基荷指有剛性充電需求的電動汽車，為恒功率負(fù)荷；可控負(fù)荷指可以限制其用電量的電動汽車，可以控制接入數(shù)量。充電負(fù)荷性質(zhì)復(fù)雜，主要取決于以下因素：出行需求，使用習(xí)慣，充電設(shè)施，電動汽車數(shù)量等。 傳統(tǒng)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測 負(fù)荷預(yù)測是一項(xiàng)規(guī)模浩大、不確定因素多且涉及領(lǐng)域廣的系統(tǒng)工作。城市電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測旨在提供城市的發(fā)展?fàn)顩r及水平，同時(shí)確定各個(gè)供電區(qū)以及整個(gè)規(guī)劃區(qū)的供用電量、最大負(fù)荷、總負(fù)荷的發(fā)展水平、用電負(fù)荷的構(gòu)成和負(fù)荷分布情況。若采用向量的形式來表示個(gè)分類負(fù)荷與總負(fù)荷之間的關(guān)系，即為。電動汽車接入會改變負(fù)荷曲線的形狀，負(fù)荷指標(biāo)也會有所變化，因而傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測需要做出相應(yīng)的調(diào)整。由表31可知，電動汽車快速充電的負(fù)荷密度指標(biāo)非常大，需要專項(xiàng)規(guī)劃，避免出現(xiàn)供電不足等現(xiàn)象。經(jīng)過修正后的城市電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測實(shí)現(xiàn)途徑如圖32。電動汽車的充電模式不同,所對應(yīng)的負(fù)荷密度也不相同，所對應(yīng)的負(fù)荷密度也不同。 充電機(jī)的結(jié)構(gòu)大功率純電動汽車充電機(jī)的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示，三相電網(wǎng)輸入交流電，經(jīng)過三相橋式不可控整流電路整流變成直流電，濾波后提供給高頻DCDC功率變換器，功率變換器經(jīng)過直直變換輸出需要的直流，再次濾波后為純電動汽車蓄電池充電。這樣，高頻功率變換電路工作于恒功率狀態(tài)，當(dāng)輸入電壓升高時(shí)，輸入電流必須相應(yīng)的降低，可以用一個(gè)非線性電阻(Rc)來近似模擬高頻功率變換電路的等效輸入阻抗，第5章的仿真驗(yàn)證這種等效可以取得較好的近似效果。其中，為線路及電感等的等效電阻，阻值較小，一般可忽略。Matlab已成為應(yīng)用科學(xué)計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真、教學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)。此軟件有兩個(gè)明顯的功能:仿真與連接。（1）Simulink的特點(diǎn)Simulink是一個(gè)用來進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)仿真、建模和分析的集成軟件包，它不但支持線性系統(tǒng)仿真，也支持非線性系統(tǒng)仿真，即可進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿真，也可進(jìn)行離散系統(tǒng)仿真或二者的混合系統(tǒng)仿真，同時(shí)它還支持具有多種采樣速率的系統(tǒng)仿真。它是Simulink下面的一個(gè)專用模塊集，由電氣仿真專家TEQSMI International最初開發(fā)。 充電機(jī)Matlab仿真模型前面已將高頻功率變換電路等效成一個(gè)非線性電阻Rc，由此可得電動汽車充電機(jī)的MATLAB/SIMULINK仿真模型如圖43所示。這樣不違背蓄電池充電規(guī)律，也有助于簡化充電站接入配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的仿真分析。圖44 充電機(jī)輸出功率的模擬曲線利用式（42）表示的充電機(jī)輸出功率模擬曲線以及式（41）表示的非線性電阻Rc與充電機(jī)輸出功率曲線的關(guān)系，可以得到高頻功率變換器的等效阻抗的變化曲線，如圖45所示。單獨(dú)的充電機(jī)模型是無法仿真的，因此搭建如圖46所示的帶單臺充電機(jī)的充電站仿真模型，模型中的供電電源、變壓器、整流器均設(shè)定合適的參數(shù)。為了驗(yàn)證本文所建仿真模型的正確性，將本文仿真測量數(shù)據(jù)(如圖47所示)和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見表43。每臺充電機(jī)型號一樣，功率都為9kW。和許多其他形式的污染一樣，諧波的產(chǎn)生影響整體（電氣）環(huán)境，而且影響范圍可能波及到距其源點(diǎn)較遠(yuǎn)之處。(4)對電力電纜：導(dǎo)致線損增加。(7)對開關(guān)和繼電保護(hù)：導(dǎo)致電子保護(hù)式低壓斷路器之固態(tài)跳脫裝置不正常跳閘。目前國際上公認(rèn)，諧波的“污染”是電力系統(tǒng)的公害,必須采取措施加以限制。因?yàn)殡妱悠嚦潆姍C(jī)主要以非線性負(fù)載為主，諧波污染情況非常嚴(yán)重，故本文主要討論諧波污染問題，充電機(jī)的武功分析在這里不做詳述。最后根據(jù)以上建立含多臺充電機(jī)的電動汽車充電站仿真模型。正弦電壓施加到采用三相橋式不控整流電路的充電機(jī)上時(shí)，電流變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使正弦電壓發(fā)生畸變，這里為了簡化分析而忽略電壓的畸變，認(rèn)為電網(wǎng)電壓始終為正弦波?？梢姡β室驍?shù)有電流波形畸變()和基波電流相移()這兩個(gè)因素共同決定。表51 注入公共連接點(diǎn)（PPC）的諧波電流允許值標(biāo)稱電壓基準(zhǔn)短路容量諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）23456789101110KV100MVA252013201535KV250MVA151212標(biāo)稱電壓基準(zhǔn)短路容量諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）121314151617181910KV100MVA35KV250MVA公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量(方均根值)不應(yīng)超過表51中規(guī)定的允許值。表52 充電站注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）2345678910諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）111213141516171819 電動汽車充電站仿真與諧波分析 單臺充電機(jī)運(yùn)行。1次，k=1，2，3，…，即5，7，11，13，…，諧波次數(shù)越高，對應(yīng)的諧波幅值就越小，7次為主要諧波電流，仿真結(jié)果與六脈沖整流理論結(jié)果一致。圖55 10臺充電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，高壓側(cè)基波及各次諧波有效值變化曲線 （2）臺數(shù)增多時(shí)，彼此之間發(fā)生諧波電流相互抵消現(xiàn)象，使得各次諧波電流數(shù)值雖然有所增加，但并不是各臺充電機(jī)產(chǎn)生的各次諧波電流的代數(shù)和，現(xiàn)以5次諧波為例進(jìn)行分析，不同臺數(shù)運(yùn)行時(shí)充電站接入點(diǎn)的5次諧波電流走勢如圖56所示：圖56 不同臺數(shù)充電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，5次諧波變化曲線（3）多臺充電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，在一個(gè)充電周期內(nèi)變壓器高壓側(cè)THDi；的最大值和最小值如表55所示。因此，充電站4臺充電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)5次諧波就已經(jīng)超標(biāo)。( 1) 抑制諧波源諧波頻率和整流裝置密切相關(guān)，增加充電機(jī)的整流脈動數(shù)，可以