面对电动车这个“高功率电器”,电网管理也要补补脑力

  • 发表于: 2015/06/14 22:19:47 来源:车云网

当电动车这种“大型电器”接入家用电网时,管理者需要一个类似监控城市道路拥堵的软件,来监控电网负荷。

电动车想要成功普及,不仅要靠高性价比的车款,而且离不开基础设施建设。为了度过充电站的低密度阶段期,不少车企都为购车人配备了家用充电装置,让车停在自家车库时也能补充能量。但是当电动车这样一个“高功率电器”接入家用电网时,问题也就随之而来。

目前国内外的家庭用电设计,都还没有考虑到片区内接入电动车充电的需要。一辆车大概会为电网增加22千瓦的用电负荷,如果同片区内几辆车同时充电,附近一圈的电网很快会冲破极限值。随着路上的电动车数字不断攀升,电网工作人员也是各种压力山大。

于是,一家名叫Fraunhofer的德国团队开发了一款软件,专供电网管理者所用,帮助他们显示所在辖区的家用低压电网还能承载多少负荷

目前软件原型开发已经完成,并且被列为了德国联邦自然保护、建筑和核安全部(BMUB)“充电管理3.0”项目的一个部分。团队负责人Michael Agsten教授介绍,“这个IT平台正在进行实验室测试,并且运行顺畅。下个阶段,我们希望能在真正的电网环境下验证效果”。

像监控交通流一样监控电网负荷

简单地讲,这款软件的作用就像城市道路拥堵的监控警报,只不过路网变成了电网。软件可以给出结论性信息:整个电网中再增加几辆车,会达到承载极限。电网管理者可以提前规划,然后从软件上找到解决问题的答案。

举几个栗子:增加一辆车,会怎样影响电网负荷分配?当达到哪一点时,我们应该增加电网投入,来确保足够的承载力?花钱换新的铜缆线,还是投资建一座智能充电站?

我们不妨来看看这个软件的智能管理思路,应用背景是德国联邦,对我们也能带来一些启发。

现在德国每个变电所通常可为150户或者更多数量的住户供电。假设解决电网负荷问题时偷个懒,为每个拥有电动车的住户分配一个固定用电,标准是片区内每天同一时段每户人家都有一辆电动车充电。你就会发现,一个电网片区的负荷量会飙升到一个不可思议的数值。考虑到这种情况发生的可能性几乎为0,所以“一锅端”的解决方法并不经济也不聪明。

事实上,在平时测试中,仅在发生例外的情况下,每户用电量才会达到现在的标准的上限值,也就是说,每户的用电量还有富余。如果把用户组合编队,整个小队的余电量还是足够供给一些电动车充电的。不过目前还没有人计算过包含电动车充电在内的充电上限数值。


利用随机模型对住户建立小分组

也正是因为电网管理者无法预测哪位户主将在何时为他的电动车充电,就像Agsten教授说的,无法计算什么时候是闲时。所以研究者模仿了蒙地卡罗法,建立一个随机模型。这样做的目的是尽可能多样化地把片区内的住户建立组合分组,组合的数量要足够少。

Agsten介绍,“这样只要分析某个地方1000到10000个方案的情况,速度会快得多。而且你可以得到一个相当不错的近似值。”大约数秒的时间,软件项目就能展示过载风险级数,以及多少辆车可以同时在本地电网内充电。

功效三合一:保护、管理、反哺

这个软件给电网运营商带来的好消息是,它们可以用这些数据来保护电网免于长期过载导致的受损和突然断电。在德国有将近56万个本地电网,这些电网都脱离大型电网独立运作。它们可被分为将近800个电网管理子单元。每个管理者对自己所属的子网络和当地电网负责,并且他们会通过颁布的职能管理条款,进行必要的电网扩张,来满足当地的供电需求。

这些公司没有足够的人力,来人肉计算多少辆电动车连接到电网是安全的。即使他们真的手动操作了,成本也相当不划算。相对而言,软件花费的时间就少的多,可以计算多少户家用设备在运行之中,包括多少洗碗机、微波炉、电视和电脑可以在过载前同时接入电网。

除了过载上限的问题,管理者还有另外一些关键因素需要考虑。例如电压稳定性、组件热负荷以及电动车因为充电时间和地点产生的即时电压不平衡波动。每当另一辆电动车接入电网,就会因为地理分散和时间不定增加上述问题组合的可能性。

现有的测试和安装的过程无法把当地所有的边界条件考虑进来。当电网内的负载不断增加,工作人员需要尽快知道还有多少能源可供调遣。否则他们不知道已经到了极限,除非他们接到了用户投诉。而这款软件的作用,就是能在他们遇到尚未处理过的峰值时,获得量化的建议和要求

车云小结:

总的来说,Fraunhofer IOSB研发的整个平台是为了解决低电压网络问题,这里的低电压是指电网中最低级别的电力传输和配送网络,也就是处于电网末端的家庭用电。软件平台正是利用电网中的一系列阶段,把高电压和特高电压智能调配到人们家中的电源插头。

看得远一些,未来高级别的电网很大一部分将会借助可再生新能源,典型的是太阳能。而太阳能最大的特点就是获取不稳定,因而会导致电网波动性。不过电动车可以帮助管理者平衡这些波动起伏——因为车辆也能被用来储能

但是这个功能的开发最先要解决的,恐怕还是电网实现电动车的智能接入吧。

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