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中國發(fā)展800V大功率超充的難點,主要原因是:配電網(wǎng)難以負擔(dān)。
對配電網(wǎng)而言,充電站的最大負荷,由充電站的充電功率與充電樁數(shù)量決定,以一個實際規(guī)劃來看充電站建設(shè)對配電網(wǎng)的影響。
圖中有兩個電源點,分別是D27和D31兩座變電站(藍色圈起處)。
D27變電站容量為1*31.5MVA(視在功率)、D31變電站容量為2*10MVA。
該區(qū)域有19個負荷節(jié)點,包括3個重要負荷節(jié)點(精密制造或醫(yī)院等)。
由于快充需要瞬時強大的功率,因此當充電需求較大時,可能會引起饋線的電壓波動,影響重要負荷的正常運行。
因此當饋線中含有重要負荷時,需要對充電站接入配電網(wǎng)進行容量約束。
e10、e13、e14、e18四座充電站,均從現(xiàn)有的饋線引入支路進行供電,只有e5充電站(紫星圈起處)需要新建饋線。
e5充電站預(yù)計建設(shè)26臺充電樁,每臺120kW,充電最大功率為3.12MW,接入電網(wǎng)任一饋線均會過載。
D31雖然離e5較近,但容量較小,因此需要從D27新建饋線。
饋線建設(shè)除了需要考慮饋線路徑年總成本最小外,還要盡可能使饋線資源的可用裕度最大,為未來預(yù)留容量,避免重復(fù)建設(shè)浪費資源。
路徑編號1的饋線成本和可用裕度皆是最優(yōu)選項,自然是首選,但如果兩者各有優(yōu)劣,則需就個案進行分析。
充電樁的數(shù)量越多,充電站的服務(wù)成本越高,但用戶等待的時間成本越少,綜合成本即是服務(wù)成本與等待時間成本之和的最小值。
綜合成本最小,也就意味著充電使用功率最優(yōu),此時充電站的容量也會是最優(yōu)。
對電網(wǎng)而言,1組360kW的超充,不如3組120kW的快充,因為1組360kW在單位時間內(nèi)能服務(wù)的車主,不可能比得上3組120kW快充。
同樣容量下,電網(wǎng)會偏向設(shè)置更多的快充,而不是大功率超充,除了綜合成本的考慮外,更重要的是800V超充,會放大充電過程中的問題。
負荷峰谷差對配電網(wǎng)的影響最大。
由于無序的電動車充電行為,往往與居民日常負荷曲線高度重合(據(jù)國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院研究高達85%),會造成峰上加峰,跟電網(wǎng)希望的削峰填谷相反。
以某典型居民區(qū)基礎(chǔ)用電負荷為例,在下班晚高峰時,不論是在小區(qū)用家充或回家順便到充電站充電,都會造成負荷高峰迭加。
如果充電行為不改變,幾年后總負荷峰值會提升49.3%,峰谷差高達73.6%!
負荷高峰會嚴重影響供電的安全與平穩(wěn),需要改進線路與變壓器,電網(wǎng)要多花額外的成本鋪設(shè)新的饋線與添置變壓器。
配電網(wǎng)中的電能損耗主要來自變壓器損耗,分為空載(有功與無功)損耗、負載(有功與無功)損耗。
在變壓器費用與使用時間已知的情況下,根據(jù)變壓器未使用率(未使用容量/總?cè)萘康谋戎?,就能得出配電網(wǎng)的資源閑置成本。
由于峰谷差巨大,尖峰負荷具有時間短、幅度高的特點,代表配電網(wǎng)的資源閑置成本很高,設(shè)備的使用率偏低。
城市配電網(wǎng)內(nèi),本就存在部份區(qū)域變電站容量不足的問題,由于配電網(wǎng)建設(shè)阻力大(居民抗議、用地緊張等)、變電站擴容難,更沒法閑置浪費。
800V超充的充電功率更大,峰值更高,更會加劇負荷峰谷的差距,使容量更加緊張,對電網(wǎng)的閑置浪費更大。
電壓偏移會影響電能質(zhì)量,當嚴重到電壓越限時,則會影響配電網(wǎng)安全。
供電系統(tǒng)由于負荷的變化,系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓會隨之改變,偏離系統(tǒng)電壓額定值,謂之電壓偏移。
電壓偏移(%)=(電壓測量值-系統(tǒng)標稱電壓)/系統(tǒng)標稱電壓*100%
照規(guī)定,20kV及以下三相供電電壓偏移為標稱電壓的±7%(0.93pu到1.07pu之間)。
由于充電樁充電的瞬時功率很大,會引起電壓偏移加大,甚至超過規(guī)定限值。
超過限值即是電壓越限。
因此充電樁的饋線,最好別跟對電能質(zhì)量有高要求的用戶,如精密制造或醫(yī)院的饋線放在一起,容易有問題。
從仿真模型可以看到,當接入充電負荷后,出現(xiàn)電壓越限的現(xiàn)象(藍色框起處),時間是早上上班8點到午休前,電壓降到0.93pu以下,威脅配電網(wǎng)安全運行。
電壓偏移跟電壓越限也會增加電能通過輸電線路傳輸而產(chǎn)生的能量損耗(線損),線損率是電網(wǎng)評估經(jīng)濟性的重要指標。
線損率=(線損電量/供電量)*100%
從原本的7.85%上升到10.14%。
比起一般充電樁,800V超充造成的電壓偏移情況會嚴重很多,更容易電壓越限,容易對配電網(wǎng)的安全運行造成危害。
各家立志要發(fā)展800V超充的公司當然知道問題所在,它們提出統(tǒng)一的解方是配置儲能,用儲能化解對配電網(wǎng)的沖擊。