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含电动汽车充电设施的光伏发电微电网探索

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高波

摘要：随着经济快速发展，能源行业面临巨大挑战，同时也不断迎来新机遇，在能源危机日益严峻的今天，积极开发和使用新能源已成为各国重要的发展使命。本文重点分析电动汽车充电站结合分布式光伏发电的应用，介绍电动汽车及分布式光伏发电的基本情况，并阐述两者结合应用的新思路。

关键词：电动汽车;光伏发电;微电网

环境污染和能源危机已成为全世界面临的共同问题，随着用电量的增长，环境污染、能源短缺问题日益严重，人们不得不对传统大电网模式重新进行思考。为解决问题，一方面人们寄希望于提高能源利用效率，另一方面寻求化石燃料的替代品，促使了电动汽车和光伏发电产业蓬勃发展起来。但两者在解决问题的同时，给电网负荷调配、电网稳定等方面带来很大影响。随着微电网发展，通过微电网模式，将光伏发电与充电站结合，实现清洁能源就地消纳，减少对公用电网影响，成为解决环境污染、能源危机的新途径，对电网发展具有重要意义。

一、电动汽车及分布式光伏发电概述

电动汽车作为新能源汽车发展方向之一，对节能环保、减少碳排放具有重要意义。近年来，在各项政策刺激下，电动汽车产业出现前所未有的“大干快上”局面[1]。但电动汽车充电设施大批量的接入对电网负荷调控、谐波控制等均有较大冲击和影响。而分布式电源特别是光伏发电已经取得长久发展，技术也较為成熟，但因分布式电源具有分散性及不稳定性，大量分布式电源的接入也会给电网的稳定运行造成影响。

（一）电动汽车

近几年电动汽车产业蓬勃发展，不仅欧美、日本等传统造车业强国持续加大对投入与开发。国内也有越来越多的企业、高校和科研团队在对此进行研究，电动汽车研发热潮在我国不断高涨，也促使国内电动汽车产业快速发展，目前国内相关专利已超过2000项，在电动汽车领域有一定的竞争力[1]。

2012年我国明确了以电驱动型汽车作为汽车转型的重要发展方向，电驱动型汽车类型如表1所示。

但电动汽车大规模应用带来充电难题，目前多以主网为单一供电源的电动汽车充电站已经在世界各地应用，但随着充电站在配电网中渗透率不断增大，造成电网的负荷调配难度增大。

（二）分布式光伏发电

我国光伏产业1970年才开始建设，90年代光伏产业得到一定发展，我国政府通过制定电价补贴、配额交易等政策支持光伏产业发展，2013年成功渡过“双反”危机后，光伏产业在国内得到大力发展[2]。

光伏发电主要有集中式和分布式两种应用形式。截止到2019年9月，我国集中式装机容量约占总量的80.7%，而分布式电源仅占19.3%，这种比例构成与国外有较大差别，电力就地消纳能力较差[2]。我国已提出“自发自用、余量上网、电网调节”的分布式发电模式，分布式光伏将是我国重点鼓励建设的形式。

二、含电动汽车充电站的光伏发电微电网探索

（一）分布式光伏系统独立运行设计

光伏发电通过DC/DC转化之后，可存储于蓄电池等储能系统，当分布式光伏发电量充足时，光伏单元直接向电动汽车充电，若是光伏电源供应不足，则可借助储能单元向外接续供电，电动汽车能够获得较为持续的充电供应[3]。但分布式光伏发电受日照等环境影响因素大，且储能系统电池寿命有限、价格昂贵，且需配备较多储能单元，实施成本高、可靠性差。

（二）分布式光伏系统并网运行设计

在太阳光照条件充足情况下，光伏发出的电能供给电动汽车充电、蓄电池满电状态维持，剩余部分可通过逆变单元及时流向0.4kV交流母线，在夜间或光照不良时，公用电网便会为充电站提供充电电能。储能系统可以视作后备电源，在特殊时段无法进行电量供给，或遇到电网故障时，储能系统可继续为电动汽车充电，保证充电站的高可靠性[4][5]。

光伏充电的主要应用场景。

三、含电动汽车充电的光伏发电微电网并网运行优化思路

构建“含电动汽车充电的光伏发电微电网”发电及用电数学模型，用模糊变量表示负荷预测值并充分考虑经济、可靠性。进一步，搭建微电网接入公共电网模型，综合考虑对公网影响（电能质量、电压调整）、微电网运行费用、微电网可靠性等为多目标规划数学模型，并采用启发式算法与遗传算法相结合对模型求解。寻求微电网并网最优控制算法，实现系统的自动切换控制，即实现微电网的可靠性、经济性，又减少微电网对公网影响，也为配电网规划提供新思路。

结语

建立含光伏发电与充电站的微电网，有望充分利用两者优势，减少对公用电网影响，并在主网停电时孤岛运行，具备高可靠性。

参考文献

[1]以电动汽车、充电桩等互联互通为重点我国将加快推进智能网联汽车发展[J].电力勘测设计，2020（06）：80.

[2]李蔚.我国太阳能光伏产业发展趋势探讨[J].电源技术，2014，33（8）：742-743.

[3]郑伟民，任宏涛，邓卿，孙可，王蕾，文福拴.计及引导型充电控制策略的电动汽车充电设施与配电系统协