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中國發(fā)展800V大功率超充的難點,主要原因是:配電網難以負擔。
對配電網而言,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)劃來看充電站建設對配電網的影響。
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充電站預計建設26臺充電樁,每臺120kW,充電最大功率為3.12MW,接入電網任一饋線均會過載。
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,為未來預留容量,避免重復建設浪費資源。
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,充電站的服務成本越高,但用戶等待的時間成本越少,綜合成本即是服務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在單位時間內能服務的車主,不可能比得上3組120kW快充。
同樣容量下,電網會偏向設置更多的快充,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)國網經濟技術研究院研究高達85%),會造成峰上加峰,跟電網希望的削峰填谷相反。
以某典型居民區(qū)基礎用電負荷為例,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,電網要多花額外的成本鋪設新的饋線與添置變壓器。
配電網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/總容量的比值),就能得出配電網的資源閑置成本。
由于峰谷差巨大,尖峰負荷具有時間短、幅度高的特點,代表配電網的資源閑置成本很高,設備的使用率偏低。
城市配電網內,本就存在部份區(qū)域變電站容量不足的問題,由于配電網建設阻力大(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,對電網的閑置浪費更大。
電壓偏移會影響電能質量,當嚴重到電壓越限時,則會影響配電網安全。
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生的能量損耗(線損),線損率是電網評估經濟性的重要指標。
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的沖擊。