电动汽车与智能电网

null电动汽车与智能电网电动汽车与智能电网电动汽车是汽车产业的最终发展方向,智能电网是经济和技术发展的必然趋势,将电动汽车和智能电网结合的V2G,既解决了电动汽车大规模发展带来的充电压力问题,又可将电动汽车作为移动的、分布式储能单元接入电网,用于削峰填谷、应急安保,旋转备用等,在提高电网供电灵活性、可靠性和能源利用效率的同时,延缓电网建设投资。目前V2G的研究及应用尚处于起步阶段,其发展与电动汽车、储能、分布式电源等相关技术发展密切相关。 策略的考虑涉及电网侧、车辆侧、用户侧,电网侧需考虑电网实时负荷、电价、调度中心指令;车辆侧需要考虑电池能量状态、输入输出功率、可用时间等;用户侧主要是考虑用户的行驶习惯、行使里程及特殊需求等。以充放电容量、电网负荷、电价等为基础数据,使用适当的充放电策略控制算法,得到辖区内电网所需要的能量信息和车辆电池可提供的能量信息,进行策略分配和发出调度指令。电动汽车与可再生能源电动汽车与可再生能源充分考虑电动汽车的发展, 并把电动汽车的智能充电设施与可再生能源的大规模开发利用有机结合起来。电动汽车充电设施是未来电网中主要的负荷之一。据估计, 我国现有汽车保有量约5000万辆, 到2020 年, 我国汽车保有量将达到1.5 亿辆。如果按照2050 年我国汽车保有量达到4 亿辆计算,其中一半采用电动汽车, 每辆汽车的充电功率按照10kW计算( 充电4 小时可以达到40kWh, 可跑240公里) , 平均每天有四分之一的汽车需要充电, 则总充电功率达到5 亿千瓦。如果按照可再生能源( 主要是太阳能和风能) 的年有效利用小时数2000 小时计算( 折合平均每天约6 小时) , 且把电动汽车充电总功率折合为6 小时充电功率, 则总充电功率到达约313 亿千瓦。如果考虑全国范围内的大型可再生能源基地之间的资源互补性, 则313 亿千瓦的功率具有相当大的调节能力。电动汽车对电网的调节电动汽车对电网的调节世界各国供电系统都存在负荷平衡问题，峰谷差甚至在1:0.5以下。利用夜间对电动汽车充电，现有电网容量己经能适应若干年电动汽车发展电能需求，不但有利于电动汽车的能量补充，也有利于电网的峰谷平衡，有效地降低电网高峰负荷，相应降低峰谷差，提高电网负荷率，提高发输配电设备利用率，一般减少10%的峰荷，可提高电网负荷率9个百分点，而总发电量只减少1%，可使电力工业经济状态好转。电动汽车充电机电动汽车充电机电动汽车充电机有多种分类方式，有随车型和固定型、慢充和快充、接触 和感应式等不同制式、不同功率的机型，还有通用型和专用型之分。 按照电动汽车是否与充电机和公共电网接触，可分为接触式和感应式。其中，接触式充电机是通过金属导体将电动汽车与充电机和公共电网连接，以达到能量传输的目的。这种能量传递方式结构简单，能量传递效率高且造价低。感应式充电的工作原理是让充电模块与电池所在的受电模块的通过变压器耦合，从而实现电力传输。感应式充电不要求充电机与电动汽车之间有导体相连，使得电动汽车的充电通用性较好，而且更为安全。 按是否安装在车上，充电机可分为车载式（即随车型）和固定式。固定式充电机一般为固定在充电站内的大型充电机，其性质如同燃油汽车的加油站，主要以大功率、快速充电为主。而车载充电机安装在车辆内部，可以在包括住宅、停车场、车库、乃至路边等任何有电源供应的地方随时充电，但功率相对较小。 目前国内使用较多的充电机为固定式的通用型充电机，其充电效果不好。主要问题是：充电时间长、充电效率低和充不满；同时，充电控制系统的故障也不少，多数充电机与电池不匹配。常用充电方式常用充电方式1.恒压限流充电 恒压限流充电方式的充电曲线如图所示。在充电过程中，对电池施以恒定的充电电压，则充电过程中电流将逐渐减小。当充电电流减小到某一数值时，认为电池已经充满，此时停止充电。 常用充电方式常用充电方式2.恒流限压充电 恒流限压充电方式的充电曲线如图所示。在充电过程中，对电池施以定的充电电流，则充电过程中电池电压将逐渐升高。当电池电压升高到某一数时，认为电池已经充满，此时停止充电。常用充电方式常用充电方式3.恒流－恒压充电 恒流－恒压充电方式的充电曲线如图所示，它是恒流限压和恒压限流充电的综合。在充电的开始阶段先采用恒流限压充电法，当电池电压达到一定值以后，再采用恒压限流的充电方法。 常用充电方式常用充电方式4.脉冲电流充电 脉冲电流充电方式的充电波形如图所示。在充电过程中，充电机对电池施以周期性脉冲电流进行充电。一个脉冲周期分为脉冲充电时间和间歇时间，在脉冲充电时间内，充电机用较大的电流值对电池进行充电，之后的间歇时间内停止充电，从而减小电池在充电过程中的极化现象。充电机工作原理充电机工作原理充电机的工作原理是由整流电路对输入三相交流电进行整流，再经滤波电路后，为高频DC一DC功率变换电路提供直流输入，功率变换电路的输出经过输出滤波电路后，为车用动力蓄电池充电，充电机原理框图如下图所示。目前应用的充电机动力蓄电池充电方法和充电控制策略常采用典型的两阶段充电方法，前半段恒流限压，后半段恒压限流。电动汽车充电站谐波问题电动汽车充电站谐波问题 电动汽车的推广需要建设充电站，而充电站含有大量的非线性负荷—充电机，因此在建设充电站之前需要对充电站的谐波问题进行评估，而目前对于电动汽车充电站的谐波问题的研究还比较少。如果能够在充电站投入使用前测试、、计算充电站的谐波问题，那么，对于电动汽车的推广是有重要影响的。因此，研究电动汽车充电机(站)的电气设计、谐波等相关问题，为充电站的设计和建设提供理论与实践的支持，是一项对于促进电动汽车产业化进一步发展有重要意义的工作，在技术、经济和社会效益等多方面都具有重大的意义。谐波污染谐波污染( 1) 使测量仪不准确 传统的测量仪表, 如电流表、电压表、功率表和能耗表等, 都是以固定频率50 ~ 60Hz校准标定的, 对频率的变化反应不灵敏。谐波电流和谐波电压会使测定的电流、电压、功率和能耗不准确。 ( 2) 易损坏大容量电容器 为改善电路的功率因数, 在供电系统中装有大容量的电容器, 这些电容器可能会被过量的谐波电流损坏。 ( 3) 加重的负荷使电力导线过热 当3倍的谐波电流流过三相四线电力系统的零线时, 导线会过载而发热。同时, 普通的模式噪音问题(零线对地线之间的电压)将会发生在中性点, 零线与火线之间的电压也会受影响。当谐波电流流过三角形连接的供电变压器时, 谐波电流会在三角形内部循环流动, 导致导线过热。 ( 4) 使保护装置误报警 由于谐波电流和谐波电压的存在, 过电流、过电压和欠电压等保护装置会产生错误报警, 甚至跳闸。谐波抑制与消除措施谐波抑制与消除措施合理增大充电机的滤波电感值 合理增大充电机的滤波电感值, 可降低充电机的电流畸变率, 该方法简便、实用。但滤波电感值增大, 功率损耗也会增加, 同时充电机制造成本增加, 体积增大。 增大整流装置的脉波数 增大充电机整流装置的脉波数,可以有效减少整流装置产生的特征谐波, 降低谐波含有率, 从而降低谐波总畸变率。 采用功率因数校正技术 在充电机的前端采用升压型有源功率因数校正装置, 也是提高功率因数、降低谐波含量的有效手段之一。功率因数校正装置分为有源和无源2种类型。无源装置的优点是简单、无需控制, 而缺点是体积较大, 且有源装置能将功率因数校正至0.995，谐波含量仅能降低至5%以下, 效果理想, 但缺点是成本较高, 谐波抑制与消除措施谐波抑制与消除措施由容量较大的系统供电 当系统容量增大时, 无论是从谐波源还是从低压母线侧为端口看出去, 其等值阻抗值均降低, 整流装置产生的谐波在变压器高、低压侧的电压畸变率均降低, 同时系统谐振点向频率更高的方向移动。 加装滤波装置 滤波器包括无源滤波器、有源滤波器。无源滤波器运行稳定可靠, 结构简单, 价格便宜, 但其滤波效果易受温度、频率、滤波电容及电抗制造偏差等因素影响; 有源滤波器瞬时产生与谐波电流大小相等且方向相反的电流, 以中和谐波电流。V2G 的设想 V2G 的设想 V2G 是车辆到电网英文单词“Vehicle－to－grid”的缩写。它描述了电动汽车与电网的一种互动关系。简单来说就是，当电动汽车不使用时，车载电池的电能可以销售给电网；如果车载电池需要充电，电流则由电网流向车辆。 在未来，传统的加油站已被电动汽车充电站取代。车主可以用十分钟快速地将电池充满。充电的价格取决于当天充电的时间段。在早晨和深夜电网负荷较低的时候，充电的价格要比白天的价格便宜。 电动汽车可以利用自身的蓄电池使未来的家庭生活更加便利和高效，并且可以为车主带来收入。车主可以根据家里的智能电表显示的浮动价格，选择在电价最便宜的时候为汽车电池充电，或者在电费最贵的时候，将电池内的电能重新输入电网以获得收益，或为家用电器供电。V2G 的设想V2G 的设想V2G 为电动汽车消费者与电网的互动搭建了一个平台。通过V2G，电动汽车消费者既是电力用户，也是电力的供应者，通过带有电脑芯片的充电装置，电动汽车的电池可以在公共插座上实现买电或者售电的交易过程。 V2G 技术体现了电动汽车与电网的交互关系。电动汽车中的电池，可以作为一个智能电网中的分布式储能单元。理想中的V2G 平台是在非高峰时段自动充电，在高峰时段放电，这样可以替代低效率的调峰电厂。一辆电动汽车的电池显然无法满足电网调峰的需要，但是通过智能化电网平台，每一辆分散的电动汽车电池所储存的电能可以实现规模化，当数以万计的电动汽车联入电网时，其调峰的能力将是十分可观的。 随着风电、光伏发电等新能源发电的比重不断升高，由于风、光发电都具有间歇性的特点，对电网的安全运行带来了挑战，V2G 将在新能源发电中作为后备电源起到重要的作用。 电力电池储能系统电力电池储能系统当前, 电力电池储能系统已被视为电力系统安全经济运行的重要环节。电力电池储能系统主要应用在电力系统运行中的削峰填谷、新能源接入、电能质量改善和应急电源4个方面。 受发电设备固有惯性和运行经济性限制, 传统的发电方式( 水电、火电、核电) 自身具有大规模、连续性的特点, 而用电负荷固有的随机性和间断性造成了二者之间存在必然的矛盾。虽然可以通过加强电源和电网的建设与投资来解决, 但这将导致发电、输电和变电设备的利用效率大大降低并严重影响一次能源的利用效率和电厂的运行经济性。 新型能源( 风能、太阳能) 的大规模开发和利用, 将使这一矛盾进一步加剧和恶化。因此, 亟需突破储能相关的关键技术, 开发大容量、规模化电池储能系统, 以提高一次能源和输变电设备的利用效率, 减低温室气体排放。电力电池储能系统主要实现能量的储存、释放或快速功率交换, 一般由2 个系统组成: 由电池模块组成的储能电池系统( BESS) ; 由电力电子器件组成的能量转换系统( 或称电网接入系统) 。电网接入系统主要实现以下功能: 􀀂充放电控制;交流􀀁直流双向变换、直流􀀁直流变换; 功率调节和控制; 运行参数检测和监控; 安全防护等。应用于电力系统中大容量、规模化电池储能系统的相关技术, 主要包括规模化系统集成技术和规模化系统接入技术。节能与新能源节能与新能源发展节能汽车是当前最快见效的节能减排的技术途径，是目前的产业竞争的主流技术，并且是未来新能源汽车技术的基础。发展新能源汽车是未来解决问题的根本方案，是未来汽车产业竞争的焦点与希望，道路还长，但激烈竞争已经开始，我们必须快速出发。因此，我国汽车产业的方针应该是节能汽车与新能源汽车并举，哪样都不能忽视。愿景愿景电动汽车是解决能源供需和环境问题的重要手段。按照我国新能源汽车产业发展规划, 未来电动汽车将产业化和大规模推广应用, 并在2016 年进入高速成长期。但大量的车辆充电将带来新一轮的电网负荷快速增长, 使得用电负荷峰谷差日益加大的城市电力系统发、输、配电压力巨增。因此, 采用电动汽车入网接入技术, 将电动汽车能量在受控状态下实现与电网之间双向互动和交换, 不仅可解决大规模电动汽车集中充电对电网冲击的影响, 而且电动汽车作为移动备用储能装置的分散储能功能, 在负荷用电高峰期对电网放电, 可减缓电网高峰负荷用电的压力。愿景愿景现在我们国家由于前几年竞相增加对新兴能源的投资，如风电和太阳能光伏发电，现在还有垃圾发电！还有核电！可再生能源在整个电网中占的比例越来越大！相应的火电比例在不断下降！。可是由于现在的电能不能储存，因而造成晚上电力波谷时电网电压偏高！波动范围较大！对电网提出了更多的要求！其中尤其是解决风能发电夜间存储问题，并降低电价。事实上我们现在就有许多风力发电由于无法入网而放空，原因一是电网无法承载！而混合动力和全电动汽车的大量上市则刚好可能解决这一问题。       愿景愿景一般来讲，夜间风力较大，是风能发电的最佳时机。但受电网的限制，很难全部吸收夜间的发电量。白天工厂开工、商店开业，因而形成用电高峰。如果白天无风，消耗的电量无法得到补充，就只能借助火力发电，以致污染环境。        而现在如果几十万、上百万混合动力和电动汽车的蓄电池夜间在车库或停车场插上电源进行充电，不仅可以减少电网的投资，保证车辆正常行驶，而且由于将来新能源汽车大都是智能汽车，充满电的汽车如果可跑300公里，而你往返上下班总车程不到100公里，你就可在进工厂或办公室之前插上电源，通过智能电网将多余200公里的电能卖给电网。电网自动记账，每月一结算。回家之后你又可以顺手插上电源给车充电，从而赚取差价，降低用车成本。