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大功率充电桩越来越多,国家电网承受得了么?

2023-03-01 08:39
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对国家电网而言,大功率超充的充电量是九牛一毛,对输电网几乎无影响,但对配电网完全是灾难,中国发展800V大功率超充的难点,主要原因是:配电网难以负担。


一、从配电网看充电站建设

对配电网而言,充电站的**负荷,由充电站的充电功率与充电桩数量决定,以一个实际规划来看充电站建设对配电网的影响。

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图中有两个电源点,分别是D27和D31两座变电站(蓝色圈起处)。


D27变电站容量为1*31.5MVA(视在功率)、D31变电站容量为2*10MVA。


该区域有19个负荷节点,包括3个重要负荷节点(精密制造或医院等)。


由于快充需要瞬时强大的功率,因此当充电需求较大时,可能会引起馈线的电压波动,影响重要负荷的正常运行。


因此当馈线中含有重要负荷时,需要对充电站接入配电网进行容量约束。


e10、e13、e14、e18四座充电站,均从现有的馈线引入支路进行供电,只有e5充电站(紫星圈起处)需要新建馈线。


e5充电站预计建设26台充电桩,每台120kW,充电**功率为3.12MW,接入电网任一馈线均会过载。


D31虽然离e5较近,但容量较小,因此需要从D27新建馈线。


馈线建设除了需要考虑馈线路径年总成本最小外,还要尽可能使馈线资源的可用裕度**,为未来预留容量,避免重复建设浪费资源。

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路径编号1的馈线成本和可用裕度皆是**选项,自然是首选,但如果两者各有优劣,则需就个案进行分析。


充电桩的数量越多,充电站的服务成本越高,但用户等待的时间成本越少,综合成本即是服务成本与等待时间成本之和的最小值。


综合成本最小,也就意味着充电使用功率**,此时充电站的容量也会是**。


对电网而言,1组360kW的超充,不如3组120kW的快充,因为1组360kW在单位时间内能服务的车主,不可能比得上3组120kW快充。


同样容量下,电网会偏向设置更多的快充,而不是大功率超充,除了综合成本的考虑外,更重要的是800V超充,会放大充电过程中的问题。


二、充电桩对配电网的影响

充电桩对配电网有以下影响:

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1.负荷峰谷与线路重载、变压器负载


负荷峰谷差对配电网的影响**。


由于无序的电动车充电行为,往往与居民日常负荷曲线高度重合(据国网经济技术研究院研究高达85%),会造成峰上加峰,跟电网希望的削峰填谷相反。


以某典型居民区基础用电负荷为例,在下班晚高峰时,不论是在小区用家充或回家顺便到充电站充电,都会造成负荷高峰迭加。


如果充电行为不改变,几年后总负荷峰值会提升49.3%,峰谷差高达73.6%!

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负荷高峰会严重影响供电的安全与平稳,需要改进线路与变压器,电网要多花额外的成本铺设新的馈线与添置变压器。


配电网中的电能损耗主要来自变压器损耗,分为空载(有功与无功)损耗、负载(有功与无功)损耗。


在变压器费用与使用时间已知的情况下,根据变压器未使用率(未使用容量/总容量的比值),就能得出配电网的资源闲置成本。


由于峰谷差巨大,尖峰负荷具有时间短、幅度高的特点,代表配电网的资源闲置成本很高,设备的使用率偏低。


城市配电网内,本就存在部份区域变电站容量不足的问题,由于配电网建设阻力大(居民抗议、用地紧张等)、变电站扩容难,更没法闲置浪费。


800V超充的充电功率更大,峰值更高,更会加剧负荷峰谷的差距,使容量更加紧张,对电网的闲置浪费更大。


2.电压偏移与电压越限

电压偏移会影响电能质量,当严重到电压越限时,则会影响配电网安全。


供电系统由于负荷的变化,系统中各节点的电压会随之改变,偏离系统电压额定值,谓之电压偏移。

电压偏移(%)=(电压测量值-系统标称电压)/系统标称电压*100%


照规定,20kV及以下三相供电电压偏移为标称电压的±7%(0.93pu到1.07pu之间)。


由于充电桩充电的瞬时功率很大,会引起电压偏移加大,甚至超过规定限值。


超过限值即是电压越限。

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因此充电桩的馈线,**别跟对电能质量有高要求的用户,如精密制造或医院的馈线放在一起,容易有问题。


从仿真模型可以看到,当接入充电负荷后,出现电压越限的现象(蓝色框起处),时间是早上上班8点到午休前,电压降到0.93pu以下,威胁配电网安全运行。


电压偏移跟电压越限也会增加电能通过输电线路传输而产生的能量损耗(线损),线损率是电网评估经济性的重要指标。


线损率=(线损电量/供电量)*100%


从原本的7.85%上升到10.14%。

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比起一般充电桩,800V超充造成的电压偏移情况会严重很多,更容易电压越限,容易对配电网的安全运行造成危害。


各家立志要发展800V超充的公司当然知道问题所在,它们提出统一的解方是配置储能,用储能化解对配电网的冲击

本文转载自力氪科技新能源

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