关于分布式电源和电动汽车的配电网可靠性分析

摘要：针对目前大规模分布式电源和电动汽车接入配电网后，给配电网可靠性带来一定影响的问题，提出一种含有分布式电源和电动汽车的新型配电网的可靠性评估方法，需要考虑一下几点。首先，考虑风光出力的不确定性和相关性；其次，考虑电动汽车用户行为特征，提出了基于动态分时电价的电动汽车有序充放电控制策略。，基于IEEE-RBTSBus6测试系统的主馈线F4，对系统的可靠性指标进行计算分析，结果表明所提的风光联合出力模型和有序充放电控制策略可以有效降低对配电网可靠性的影响。

关键词：分布式电源；风光联合出力；电动汽车；有序充放电；配电网；可靠性评估

1.引言

在“碳达峰”和“碳中和”的目标驱动下，以风力、光伏发电为主的分布式电源在全球范围内得到大力发展，根据国际可再生能源署发布的《2022年可再生能源发电量统计报告》，全球风力、光伏发电装机分别达到825GW、849GW。电动汽车作为一种具有广阔发展前景的绿色交通工具，也是实现“双碳”目标的重要途径之一，得到了大力发展。但是，风电、光伏机组的出力受到光照强度、温度、风速等自然条件的影响，具有较强的随机性、间歇性及波动性，电动汽车无序充电行为在时空上具有较强的随机性，其充电负荷会改变日负荷变化趋势，进而影响配电网的可靠性。大规模的分布式电源和电动汽车接入配电网，势必会给配电网的可靠性带来影响，因此，需要对含分布式电源和电动汽车的配电网的可靠性进行评估。

2.分布式电源以及电动汽车接入配电网现状
目前关于分布式电源接入配电网的研究主要在分布式电源出力模型的建立、优化配置、选址定容等方面。相较于传统配电网可靠性评估，针对分布式电源和负荷的相关性，基于秩相关系数矩阵理论，并采用拉丁超立方抽样方法，提出了一种考虑分布式电源和负荷相关性模型。针对分布式电源出力和负荷功率的不确定性，提出了一种基于威布尔-马尔科夫(Weibull-Markov)模型，能够更准确地模拟分布式电源的多运行状态。以高渗透率可再生能源接入配电网为背景，分析分布式电源的渗透率对所接入系统的供电模式和可靠性的影响。但上述方法在进行可靠性计算时，仅考虑了风光出力的不确定性，没有考虑其相关性。

现阶段，对于电动汽车接入配电网的研究主要集中在充电负荷预测、优化调度、充电站规划等方面。针对在建立电动汽车充电负荷预测模型时存在模型与参数设置、用户行为特征不匹配的问题，通过对充电负荷预测影响因素的分析，提出了基于时刻充电概率的负荷预测模型。通过建立计及需求响应和路-电耦合特性的配电网可靠性评估模型，准确预测电动汽车时空分布负荷。针对配电网所能承受的负荷不满足大规模电动汽车充电功率的问题，考虑电动汽车充放电接入退出的随机性，提出了电动汽车有序充放电控制策略。针对电动汽车采用传统分时电价的充电方式时，会产生新的负荷尖峰的问题，提出基于动态电价的电动汽车充电站有序充放电控制策略。现有关于电动汽车接入配电网后可靠性评估方面的研究较少，虽然从电动汽车的类型、数量和接入位置3方面进行可靠性分析，但是在电动汽车采取不同有序充放电控制策略时未考虑对配电网可靠性带来的影响。

3.安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

3.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

3.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

3.4安科瑞充电桩云平台系统功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

智能化大屏

3.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

实时监控

3.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

交易管理

3.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

故障管理

3.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

统计分析

3.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

基础数据管理

3.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

3.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

3.5系统硬件配置

4.结束语
通过过对含风光联合发电系统和电动汽车的配电网的现状分析，可以得出以下结论：

从DG的类型进行可靠性进行分析，与无DG接入的情况相比，接入DG后可以有效地提高配电网的可靠性，单独接入风电比单独接入光伏发电机的可靠性要高，而接入风光互补发电系统比单独接入风电、光伏后的可靠性更高。
对接入无序充电的EV进行可靠性分析，结果表明电动汽车的接入不仅会增加系统的负荷峰值，还大大降低了配电网的可靠性，随着数量的增加，可靠性恶化程度加剧。
对EV采用不同的有序充放电方式后进行可靠性评估，结果表明采用分时电价和动态电价的有序充放电方式比无序充电的方式的可靠性要高，采用文中的动态分时电价的充放电方式对配电网可靠性影响。
参考文献：

[1]王辉，李旭阳.含分布式电源和电动汽车的配电网可靠性评估

[2]胡美玉,胡志坚,胡梦月.计及相关性的含分布式电源配电系统可靠性评估

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者介绍：

曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司

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审核编辑 黄宇