電網分析師討論將電動汽車整合到配電系統中

電動汽車(EV)的采用正在增加，而且速度很快。在這一點上，您可能擁有一臺或可能認識擁有一臺的人。隨著電動汽車成本的持續下降、行業的成熟、激勵措施的增加以及充電基礎設施的改善，到2050年，電動汽車將占道路上行駛車輛的絕大部分。美國聯邦政府還設定了電動汽車占一半的目標到2030年的所有新車銷量。

許多研究都在研究電力需求增加將如何影響美國的大容量電力系統(劇透——暫時不會有太大影響)，但對配電系統影響的公開分析卻不那么普遍。

配電系統規劃人員需要有關預期內容的更多信息，以便他們可以戰略性地規劃系統升級、實施EV充電控制方法，并在需要時開發新的市場解決方案以適應EV負載。

這就是為什么在NREL，我們正在研究如何最好地將大量電動汽車集成到配電系統中。我們發現，如果配電系統規劃得當，就不必對電網造成太大的額外壓力，系統規劃人員可以在很大程度上避免昂貴的系統升級——轉化為較低的零售價格。

擴展現有研究

以前對電動汽車和配電系統的大部分研究都集中在電池更小的插電式混合動力電動汽車上;然而，越來越多的人正在轉向全電動汽車。大多數研究也沒有考慮具有其他分布式能源(DER)的電動汽車或超過40%的電動汽車采用水平。

最后，大部分研究只考慮了早期采用者居住的較新的配電饋線，以及易于在家充電的地方。但是，如果到2030年一半的汽車銷量將是電動汽車，他們將需要在更多擁有廣泛配電網的社區充電，包括老舊和已經緊張的饋線。

因此，很明顯，我們需要更全面、更真實的配電系統建模，以捕獲配電系統電壓和基礎設施使用年限的全部范圍。通過我們在NREL的工作，我們正在擴大迄今為止的研究工作，以研究遠程電動汽車的高采用率、具有更高DER水平的更大的配電測試系統，以及更先進的電動汽車充電控制方法。

高電動汽車采用率對配電系統的潛在影響

電力公司傳統上根據歷史負載水平和未來負載預測來確定配電饋線的大小。許多配電饋線沒有配備承載額外負載的能力，這些負載可能是由于電動汽車采用率較高時不協調的電動汽車充電(隨時隨地充電)而引入的。

一些初步研究表明，不協調的充電可能會顯著改變負載大小和形狀并引入更高的峰值。這帶來了第一個潛在影響：如果在配電規劃中沒有考慮負載變化，結果可能是系統過載——當線路上的功率超過其組件的限制時。如果不升級以處理增加的負載，過載可能會導致配電變壓器和線路過熱。過熱會導致其他挑戰。

第二個潛在影響是饋線擁堵，其中配電和輸電基礎設施老化，發電和負荷不在同一地點。升級基礎設施以適應增加的負載可能是一個昂貴且耗時的過程。

潛在影響3是電能質量，存在大量不協調的充電。如果充電負載與分布式發電峰值不一致，需求和發電可能會不匹配，并可能出現電壓問題。電壓驟降??或尖峰等于較低的電能質量。

廣泛的電動汽車并不一定意味著昂貴的升級或對電網的壓力

我們發現有許多解決方案可以減輕超高水平電動汽車帶來的負載增加的潛在影響。

基礎設施升級：電力質量和過載問題也可以通過仔細的充電基礎設施規劃來緩解。適當的規劃可以最大限度地降低升級成本，以擴展大型充電站和單個車輛充電器的EV承載能力。將充電站放置在容量更高的線路上，并將分布式發電或儲能與充電站放在一起可以避免昂貴的饋線升級(cha-ching!)——降低客戶的零售價格。

控制方法：IEEE1547要求分布式發電的逆變器能夠進行一些最小電壓調節，以允許公用電力系統和DER之間更好的互連和互操作性。該標準推動了這一領域的巨大進步。在電動汽車的負載側也可以做同樣的事情。許多新提出的EV控制方案管理車輛充電的電壓和擁堵影響(智能充電管理)?？刂品椒ㄊ褂贸潆娬净駿V本身的逆變器來協調EV充電，有助于控制電壓并維持充電站位置和更廣泛區域的電網頻率。展望未來，這些系統甚至可以提供無功功率支持作為服務。

市場解決方案：市場結構可以鼓勵電動汽車司機在最適合電網的時間和地點充電，從而緩解擁堵、電壓或其他當地配電限制。市場結構包括分時費率、實時定價、高峰使用需求費用等。

工作還在繼續

電動汽車的超高采用率提出了許多有趣的問題，我們將在NREL繼續研究這些問題。例如，NREL的ElectricVehicleSmartChargingatScale工作正在研究各種智能充電策略，以優化收益并降低與廣泛采用EV相關的風險。實驗室也正在進行大量工作，以了解如何公平地使用電動汽車。租住或擁有聯排別墅或公寓的人無法同樣獲得在家充電的機會。商業空間中更多的充電站可以鼓勵工作場所充電，這也與太陽能發電概況非常吻合。