电网分析师讨论将电动汽车整合到配电系统中

电动汽车(EV)的采用正在增加，而且速度很快。在这一点上，您可能拥有一台或可能认识拥有一台的人。随着电动汽车成本的持续下降、行业的成熟、激励措施的增加以及充电基础设施的改善，到2050年，电动汽车将占道路上行驶车辆的绝大部分。美国联邦政府还设定了电动汽车占一半的目标到2030年的所有新车销量。

许多研究都在研究电力需求增加将如何影响美国的大容量电力系统(剧透——暂时不会有太大影响)，但对配电系统影响的公开分析却不那么普遍。

配电系统规划人员需要有关预期内容的更多信息，以便他们可以战略性地规划系统升级、实施EV充电控制方法，并在需要时开发新的市场解决方案以适应EV负载。

这就是为什么在NREL，我们正在研究如何最好地将大量电动汽车集成到配电系统中。我们发现，如果配电系统规划得当，就不必对电网造成太大的额外压力，系统规划人员可以在很大程度上避免昂贵的系统升级——转化为较低的零售价格。

扩展现有研究

以前对电动汽车和配电系统的大部分研究都集中在电池更小的插电式混合动力电动汽车上;然而，越来越多的人正在转向全电动汽车。大多数研究也没有考虑具有其他分布式能源(DER)的电动汽车或超过40%的电动汽车采用水平。

最后，大部分研究只考虑了早期采用者居住的较新的配电馈线，以及易于在家充电的地方。但是，如果到2030年一半的汽车销量将是电动汽车，他们将需要在更多拥有广泛配电网的社区充电，包括老旧和已经紧张的馈线。

因此，很明显，我们需要更全面、更真实的配电系统建模，以捕获配电系统电压和基础设施使用年限的全部范围。通过我们在NREL的工作，我们正在扩大迄今为止的研究工作，以研究远程电动汽车的高采用率、具有更高DER水平的更大的配电测试系统，以及更先进的电动汽车充电控制方法。

高电动汽车采用率对配电系统的潜在影响

电力公司传统上根据历史负载水平和未来负载预测来确定配电馈线的大小。许多配电馈线没有配备承载额外负载的能力，这些负载可能是由于电动汽车采用率较高时不协调的电动汽车充电(随时随地充电)而引入的。

一些初步研究表明，不协调的充电可能会显着改变负载大小和形状并引入更高的峰值。这带来了第一个潜在影响：如果在配电规划中没有考虑负载变化，结果可能是系统过载——当线路上的功率超过其组件的限制时。如果不升级以处理增加的负载，过载可能会导致配电变压器和线路过热。过热会导致其他挑战。

第二个潜在影响是馈线拥堵，其中配电和输电基础设施老化，发电和负荷不在同一地点。升级基础设施以适应增加的负载可能是一个昂贵且耗时的过程。

潜在影响3是电能质量，存在大量不协调的充电。如果充电负载与分布式发电峰值不一致，需求和发电可能会不匹配，并可能出现电压问题。电压骤降​​或尖峰等于较低的电能质量。

广泛的电动汽车并不一定意味着昂贵的升级或对电网的压力

我们发现有许多解决方案可以减轻超高水平电动汽车带来的负载增加的潜在影响。

基础设施升级：电力质量和过载问题也可以通过仔细的充电基础设施规划来缓解。适当的规划可以最大限度地降低升级成本，以扩展大型充电站和单个车辆充电器的EV承载能力。将充电站放置在容量更高的线路上，并将分布式发电或储能与充电站放在一起可以避免昂贵的馈线升级(cha-ching!)——降低客户的零售价格。

控制方法：IEEE1547要求分布式发电的逆变器能够进行一些最小电压调节，以允许公用电力系统和DER之间更好的互连和互操作性。该标准推动了这一领域的巨大进步。在电动汽车的负载侧也可以做同样的事情。许多新提出的EV控制方案管理车辆充电的电压和拥堵影响(智能充电管理)。控制方法使用充电站或EV本身的逆变器来协调EV充电，有助于控制电压并维持充电站位置和更广泛区域的电网频率。展望未来，这些系统甚至可以提供无功功率支持作为服务。

市场解决方案：市场结构可以鼓励电动汽车司机在最适合电网的时间和地点充电，从而缓解拥堵、电压或其他当地配电限制。市场结构包括分时费率、实时定价、高峰使用需求费用等。

工作还在继续

电动汽车的超高采用率提出了许多有趣的问题，我们将在NREL继续研究这些问题。例如，NREL的ElectricVehicleSmartChargingatScale工作正在研究各种智能充电策略，以优化收益并降低与广泛采用EV相关的风险。实验室也正在进行大量工作，以了解如何公平地使用电动汽车。租住或拥有联排别墅或公寓的人无法同样获得在家充电的机会。商业空间中更多的充电站可以鼓励工作场所充电，这也与太阳能发电概况非常吻合。