电动汽车快速充电对城市配电网的影响

电动汽车快速充电对城市配电网的影响

裴昌盛

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司江苏南京211102）

摘要：快速充电是电动汽车充电技术发展的必然趋势，然而快速充电所引起的充电负荷的增长给城市配电网带来了不可忽视的影响。本文从电能质量、线路损耗等多个方面分析了电动汽车快速充电设施接入对城市配电网规划、运行的影响，明确了实现电动汽车快速充电设施与城市配电网协调发展所需要解决的关键问题。

关键词：快速充电；配电变压器；配电线路；电能质量；线路损耗；负荷特性

1.充电设施接入城市配电网的典型方式

图1-1给出了电动汽车充电设施接入城市配电网的典型方式。

图1-1电动汽车充电设施接入城市配电网典型方式

如图中（a）区域所示，充电桩分散分布，在接入条件许可的情况下，就近接入到附近0.4千伏的电网获取工作电源。如图中（b）区域所示，充电站可以分为专变接入和专线接入，专变接入直接将上级电源降压10千伏后直接向充电站提供电能；专线接入则通过10千伏线路将充电站接入电网。充电站站内再配置10/0.4千伏配电变压器向充电机提供工作电源。

2.快速充电设施接入电压等级

现有的常规充电站一般都是由10千伏专线或专变接入城市配电网。采用快速充电后，充电站站内负荷增大，接入城市配电网的电压等级需根据中压导线安全载流量要求和配电变压器经济运行要求综合考虑。

3快速充电对配电变压器的影响

3.1充电桩接入对配电变压器影响

当接入配电变压器的其他负荷占变压器容量的30~40%时：容量小于500千伏安的配电变压器容量裕度有限，强制接入快速充电机容易造成配电变压器满载或过载运行，降低变压器运行的经济性；容量大于800千伏安的配电变压器具有较强接纳能力，允许接入一定数量的快速充电机，每台配电变压器可接入快速充电机台数在1~5台之间，远小于同等条件下常规充电机接入数量。

3.2充电站接入对配电变压器影响

同等规模的充电站，快速充电负荷是常规负荷的3~5倍，要求配置更大容量的配电变压器。

4.快速充电对配电线路的影响

4.1充电桩接入对配电线路影响

快速充电桩接入低压线路的导线截面要求在120mm2以上，在现有导线截面的配置条件下，快速充电机应以“干线接入为主，支线接入为辅，进户线不接入”的原则接入。

4.2充电站接入对配电线路影响

目前，中压线路导线截面一般按照远期规划一次选定，其中架空线路主干线导线截面标准选择240、185和150mm2，分支线标准选择150、120和95mm2；电缆线路主干线导线截面标准选择400、300和240mm2，分支线标准选择240、185和150mm2。整体来看，现有的10千伏线路导线基本能够满足快速充电站接入的要求。

5.快速充电对电能质量的影响

快速充电对电压质量的影响主要体现在电压损失引发的末端电压低落问题。根据我国10千伏电压偏差允许值为±7%的要求来看，当充电站10千伏电源线路长度不超过2公里时，电压偏差能够满足国家标准要求；当线路长度超过2公里后，电压偏差普遍严重，需考虑增加导线截面适当降低电压损失。

对于电缆线路，各类型充电站的电压损失均在5%左右，满足国家标准±7%的要求。因此各类型充电站若采用型10千伏电缆线路接入城市配电网，导线截面满足线路安全载流量要求即可。

6.快速充电对线路损耗的影响

电力网的电能损耗率简称线损率，是电网生产经营企业综合性技术经济指标，也是表征电力系统规划设计水平和经营管理水平的一项综合性技术经济指标。

6.1充电站对架空线路损耗

从电网运行经济性的角度出发，应有效地控制线路损耗，线路损耗按照不超过5%控制，需要将LGJ架空10千伏线路的导线截面适度扩大，减少线路损耗。

6.2充电站对电缆线路损耗

充电站10千伏线路采用电缆接入，按照经济电流密度选定的YJV电缆能够满足线路损耗的一般要求，大型充电站的线损最大不超过4%，中型和小型充电站的线损最大为10%，应考虑适度扩大导线截面或将线路长度控制在2公里内。

7快速充电设施对负荷特性的影响

7.1快速充电对不同性质负荷的影响

用电负荷一般分为第一产业、第二产业、第三产业和居民生活四种类型。由于电动汽车主要行驶在城区或城镇地区，对第一产业农业负荷的影响微弱，暂不做分析。

表7-1描绘了工业、商业、企业和居民在快速充电负荷不同渗透率的情况下，各类负荷的峰谷差和负荷率的变化情况。从总体上来看，快速充电负荷的接入，会增大各类负荷的峰谷差，提高负荷率水平。

表7-1电动汽车充电负荷对各类负荷的影响

图7-1各类负荷峰谷差和负荷率的变化趋势

结合表7-1和图7-1的变化规律，可以进一步得到如下结论：

（1）电动汽车快速充电负荷，抬高了各类负荷的峰谷差和负荷率，峰谷差和负荷率抬高的幅度与渗透率基本服从线性规律；

（2）对商业、企业和居民负荷，电动汽车快速充电负荷，对峰谷差抬高幅度明显高于对负荷率的抬高幅度；

（3）对工业负荷，电动汽车快速充电负荷在各种渗透率下，峰谷差和负荷率抬高幅度变小相对较小，约在2%左右。

7.2快速充电对总负荷的影响

随着城市电网负荷密度的不断增大，电动汽车负荷占总负荷的比重逐渐减小，对电网负荷特性的影响也逐渐减小。当快速充电负荷占总负荷的比例超过10%时，充电负荷对总负荷的影响明显，系统负荷因充电负荷的接入而显著抬高；当充电负荷占总负荷的比例为5%时，充电负荷对总负荷的有一定的影响，系统负荷因充电负荷接入而抬高的幅度不大；当充电负荷占总负荷的比例低于1%时，充电负荷对总负荷影响微弱。

当城市基础负荷总量较低时，承担快速充电负荷接入的能力较弱，加强电网建设的迫切性较强；当城市基础负荷总量较大时，承担快速充电负荷接入的能力较强，允许电网建设适度滞后快速充电负荷要求。