杨光 于淼
国网黑龙江宝清县电业局有限公司 黑龙江省宝清县 155600
摘要：在能源危机和环境问题日益突出的背景下，电动汽车因良好的节能减排效应和环境友好作用，成为各国政府和汽车制造厂商关注的焦点。近年来，中国出台了多项政策，从生产、销售、使用等方面全方位推动电动汽车的快速发展。2020年初，国家再次强调加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，其中，新能源汽车充电桩作为中国“新基建”的七大领域之一，必将为充电桩投资市场注入巨大活力，极大地推动中国电动汽车产业的发展。但当集群电动汽车及其配套的充电设施数量达到一定规模时，其表现出来的负荷聚集和无序波动特性可能会导致配电变压器（简称“配变”）面临过载风险，甚至拉大负荷峰谷差，影响电力系统的安全稳定运行。从电网的角度出发，既要响应国家的号召和用户的需求，又要保障配变的安全运行，同时还要考虑未来的发展做好统一规划建设。当前，解决集群电动汽车接入引起的配电容量矛盾问题主要有2种思路：一种是从规划角度出发，增加配电容量；另一种是从运行角度出发，进行有序充电控制。
关键词：电动汽车；负荷特性；有序充电；配电变压器；组合决策
引言
在配电运行系统中，运行系统中诸要素的确立和发生作用是与配电变压器运行紧密结合的，配电变压器运行贯穿配电运行的始终。配电变压器系统是任务主体。在ＷＳＥＩＡＣ提出的模型中，系统效能是系统的可用性、可信赖性和能力的函数，其表达式为Ｅ＝Ａ·Ｄ·Ｃ。Ａ为可用度矩阵（Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ），Ａ＝［ａ１，ａ２，Ｌ，ａｎ］，∑ｎｉ＝１ａｉ＝１，为系统的可用性行向量，表示系统在执行任务的开始阶段，处于不同状态的概率，它体现出被评价系统随时可启用（可执行任务）的能力；Ｄ是可信性矩阵，表示被评价系统在任务执行过程中，出现不同状态的概率，它体现系统的稳定性与可靠度；Ｃ是固有能力矩阵，表示被评价系统完成指定任务的能力，它体现出装备或系统的技术指标或性能。在ＷＳＥＩＡＣ模型中，系统效能是指配电变压器稳定运行的能力。本文重点探讨在不同的运行条件下配电变压器运行可用度分析及其建模。
1有载调容调压智能配网变压器基本原理
有载调容调压智能配网变压器在大容量时，三相高压绕组接成三角形接法(角接)，低压绕组并联结构；在小容量时，三相高压绕组接成星形接法(星接)，低压绕组串联结构。高压绕组的星--角转换和低压绕组的串-并联转换，均由有载调容开关来完成，而有载调容开关的切换是由自动控制器根据检测的负载大小情况来决定的。当变压器由大容量转换为小容量时，由于线圈匝数增加了1.7倍，铁心磁通密度大幅度降低，硅钢片单位损耗变小，空载损耗和空载电流也大幅下降，从而大大降低了变压器的空载无功损耗和有功损耗，达到了节能降耗的目的.
2 配电变压器过负荷危害
如长期超负荷运行过载，变压器会温度增高，会加速绝缘的老化。研究证明：绝缘工作时的温度每升高８℃，其寿命就会减少一半。变压器长期超负荷运行会带来以下危害。（１）变压器损耗增大：因为变压器是按额定容量设计的，其经济运行平衡点在６７％左右。当变压器的负荷超过额定容量时，变压器的铜损会按平方关系递加；（２）变压器输出电压降低：当超过变压器的额定容量后，变压器二次输出电压将会降低，当输出电流达到短路电流时，电压就降为零；（３）变压器的寿命减少：油浸变压器的绕组多由Ａ级绝缘材料组成，其耐热温度在１０５℃左右，超过这个温度，会使绝缘材料老化加剧，长期过负荷运行，会使变压器出现过热甚至烧毁。
3有载调容调压智能配网变压器测试
目前常规配电变压器和有载调容调压开关的出厂试验和型式试验等国家标准、行业标准等均有详细和明确的规定，但是对于有载调容控制器只有国家电网公司企业标准Q/GDW731-2012规定了其出厂试验项目,且主要是外观检查、介电性能试验、电源影响试验和连续通电运行试验。
对其功能和性能试验项目没有相关说明,这就导致一次本体测试很充分,对于控制器功能的测试不充分,但作为有载调容调压变压器的重要组成部分,一定控制器出问题就会影响变压器的正常运行,轻则调容变压器检测到控制器为保护变压器本体会自动切换到大容量模式,失去有载调容调压变压器的优势,重责”小马拉大车”导致变压器的损坏。因此，需要对有载调容控制器的功能和性能进行全面测试，提高产品质量，避免由于控制器的异常给变压器和系统带来隐患。
4电动汽车接入的负荷自然增长模型
4.1基础负荷特性分析
基础负荷是指配变下除电动汽车充电负荷外的用户日常基本用电负荷。由于纯工业、纯商业和纯办公负荷基本都接入专用变压器（简称“专变”），公变所接的负荷类型主要为纯居民负荷、商业-居民混合负荷这2种形式，可能有少量的办公、医院等负荷类型接入，但占比较小，因此，选择纯居民及商业-居民混合负荷进行基础负荷分析比较具有代表性。
4.2几何等效电路参数对极化谱的影响
绝缘电阻反映了变压器的整体电导情况，几何电容是由变压器绝缘结构和介质基本特性决定的。当变压器绝缘老化加剧时，绝缘电阻会变小，几何电容会变大，对变压器的回复电压极化谱也会产生影响。因此，有必要通过改变绝缘电阻和几何电容来研究各自对回复电压极化谱的影响情况。
4.3居民负荷
采集某一线城市多个纯住宅区2019年夏季某日的公变负载率数据，样本数为10，如附录A图A1所示，具备以下结论：①由于居民用电习惯基本相同，居民区负荷曲线趋势基本一致，均有2个波峰，且晚高峰高于午高峰；②不同居民小区负荷曲线的差异主要体现在曲线幅值（即负载率峰值）上，这与各小区配变实际容量配置及小区入住率有关。
4.4分时充电电价响应
峰谷平电价对电动汽车用户的充电行为具有一定的引导作用，若充电峰谷价差不超过电动汽车用户的最小可觉差，用户不会转移充电时段；反之，用户将会以一定的比例从高价时段向低价时段转移。以广州市为例，采用大工业峰谷电价作为充电电价的收费标准，具体，在该峰谷平电价设置下，电动汽车充电峰-谷、峰-平和平-谷模式下的用户转移比分别为12.55%、19.7%和16.4%。
4.5起始充电时间
T0用户的起始充电时间T0可认为是用户的到达时间，现有文献多基于美国交通部对美国家用车辆调查NHTS（NationalHouseholdTravelSurvey）数据，通过数据拟合处理得到T0的概率分布，较少考虑国内电动汽车用户的实际出行习惯。实际上，对于国内的居民用户，其T0有2个主要的聚集时段，分别出现在中午下班小高峰和下午下班晚高峰，因此可结合用户出行习惯假设居民用户的T0由几种正态分布按一定的混合比例系数组合得到，详细。而对于商业用户，其T0则较均匀地分布于09：00至19：00时段内。
结束语
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