电动汽车充电对城市配电网电压不平衡的影响

典型的电动汽车（EV）配备了一个电池组，可存储约数十千瓦时的能量。为电动汽车提供所需的功率可以从家用1.6kW单相车载充电开始，到数十kW的快速充电。如果在家中为电动汽车充电，则表明住宅低压（LV）配电网络中最有可能增加重单相负载。

尽管如此，电动汽车的大规模渗透可能会对配电网络产生多种负面影响，因为它们对电能的高需求，并可能导致不必要的功耗峰值和随之而来的电能质量问题，包括电力电缆中的功率流量增加，变压器过载，电压下降，电压不平衡（VU），谐波污染等。

最近，人们已经考虑了电动汽车充电的动力系统的局限性 ，可以从技术和经济角度考虑，其中电力系统组件的劣化代表经济问题。有不同的电能质量参数需要量化，包括电压不平衡、谐波污染、频率变化、电压降/骤降，其指标受到许多相关标准的限制。

电压不平衡的性质可以概念化为三相系统中电压的不等大小或相位角（欠压或过电压），并且可以同时发生在两者中；城市住宅配电网，其中施加了沉重的单相负载，以及具有相当长的配电线路的农村配电系统。由于电源电路中的负序阻抗低，负序电压分量的存在导致大量电流不平衡，约为电压不平衡百分比的6-10倍。

因此，过多的相电流可能导致过载保护电路跳闸，还可能使电缆绝缘恶化，从而导致后者的使用寿命缩短。它的一些常见影响包括损耗增加、额外的加热效应、系统易受故障影响，因为不平衡的系统可能无法正确馈送负载。因此识别和确定电路中是否存在VU变得非常重要，以便及时处理它，以实现电力系统和连接负载的无故障运行。

本文的重点是城市住宅低压配电网，配电系统基于 CIGRE LV 欧洲基准配置。在两种不同的情景A和B下，在不受控制的充电方案和基于关税的充电策略下，对电动汽车的不同渗透水平进行了分析和测试。

在基于关税的电动汽车充电策略中，假设电动汽车在非高峰时段充电，并且不受控制的电动汽车充电是在“何时何地需要”的基础上进行的。此外，配电网负荷的大幅增加肯定会导致需要电网加固来承受电动汽车充电负荷，而电能质量问题最小，因此本文还提出了网络加固的建议。鉴于电池复杂的充放电特性，准确设计电池模型以确保电池的可靠运行非常重要。

不受控制的电动汽车充电更有可能对负载总线造成严重的负面影响，而不是基于关税的充电策略可能对系统造成较小的损害。通过基于关税的收费策略，可以在有限的程度上避免配电系统的压力，前提是最好在白天，并且吸引电动汽车司机愿意在低谷时段为电动汽车充电。但是，还应该注意的是，在低谷时段充电的电动汽车数量的瞬时增加也可能导致系统过载，从而导致配电网络出现技术问题。

电动汽车的大规模采用将显著改变现有的电力系统运营和实践。鉴于预计在不久的将来电动汽车将大规模渗透，评估和评估重型单相电动汽车负载对电力系统参数的影响，以及可能升级配电系统的相关建议。

通过评估电能质量指标，同时确定不同电动汽车渗透水平和不均匀充电场景下的相关技术问题。所提出的研究方法有助于确定可以安全供电的电动汽车的渗透水平，即不会对系统造成任何负面影响的电动汽车的百分比，或者配电系统在电能质量标准内保持稳定的百分比。

第一步，在电动汽车不同渗透水平的不受控制的充电方案下分析和测试配电网。根据方案A，检测到电压不平衡含量在城市配电系统中的EV渗透率达到50%之前不会超过其限制。然后，EV集成的百分比增加10%，直到检测到问题。关于电动汽车临界质量的假设预计将增加，直到配电系统继续支持它而不表现出任何技术违规行为。

为了证明这一点，已经研究了另一种电动汽车数量较多的不平衡情况。根据方案B，当电动汽车占整个交通系统的百分比仅为25%时，将寻求超出限制的技术违规（电压不平衡系数）。值得注意的是，由于没有EV负载连接到负载总线R4和R7，因此它们的电压不平衡量在相当正常的范围内，低于0.98%。

考虑两种不同的收费策略，基于关税的收费策略对系统的损害可能很小。结果表明，采用基于关税的充电有助于将电压不平衡系数控制在标准允许的范围内。

此外，研究发现，建议的电动汽车连接加固技术基于某些线路段的电压水平升高并插入适当的变压器，可以在一定程度上帮助控制电压违规，并且与传统的加固策略相比，这也具有成本效益。重要的是要考虑到，由于网络运行中的系统参数违规，配电网络可能无法再支持进一步的电动汽车充电负载。