为增加全球范围内的采用，围绕着电动汽车和快速充电基础设施的需求，已经有了很大的发展。汽车制造商还投入了大量资源来探索锂离子电池的替代品，并探索固态电池和e-fuel(电子燃料)的范围。
但随着北美和欧洲电动汽车普及率的提高，研究人员正在花时间了解充电需求及其对电网运营的影响。研究人员认为，了解大规模转向电动汽车对电网的潜在影响非常重要。必须有不同的模型可以精确捕捉未来驾驶者的不同行为和条件。
电网是由发电站、输电线路、变电站、变压器和配电线路组成的网络。它们旨在远距离传输和分配电力到家庭和其他设施。研究表明，电动汽车的充电会对电力的分配、传输和发电产生影响。
如果充电不受控制，峰值需求会增加，导致变压器过载，迫使提前更换设备，输电线路过载，电能质量恶化，甚至需要升级变电站。为了避免这种增加配电系统的成本，必须正确评估电动汽车充电需求，并且可以通过控制充电来避免。
充电控制是智能充电，旨在通过延迟充电到预设时间或根据电价调节车辆整个充电时段的供电量来改变需求。
现有的对电动汽车大规模充电需求建模的工作，采用了充电控制来改善电动汽车对电网的影响并降低成本。然而，这些研究通常依赖于早期新技术采用者的行为或对驾驶员行为的假设，并且在充电基础设施使用情况方面的假设场景有限。
大多数研究还集中在当前的电网资源和条件上，不包括电网存储或计算排放量。以往对充电基础设施场景的研究大多集中在早期采用者身上，并未将基础设施视为充电控制的工具。
在研究论文“Charging infrastructure access and operation to reduce the grid impacts of deep electric vehicle adoption,”(充电基础设施接入和运营以减少电动汽车的深度采用对电网的影响)中，研究人员旨在了解可能影响电网的电动汽车采用、充电基础设施、控制和驾驶员行为的不同场景(见图1)。
图1：评估电网影响和建模电动汽车充电需求的方法概述
该研究集中于个人电动汽车的典型充电模式，因为它们会对电网产生重大影响。它还强调了在未来十年内，在西部电力协调委员会(WECC)建立一个鼓励从家庭充电到白天充电的充电基础设施建设战略的重要性。
该研究使用详细的驾驶员行为、控制和电网调度模型来确定可以最有效地减轻充电负面影响，同时又支持电动汽车和电网脱碳的方案。
该建模使用概率、数据驱动的驾驶员行为和充电模型来为未来WECC各州的每分钟电动汽车充电需求开发方案(见图2)。研究人员考察了几种情况，这些情况涉及管理充电或改变驾驶员在家中或者工作场所使用充电设施的便利性。
图2：加州各地区电动汽车充电需求模型
该研究建立在现有电网模型的基础上，并将其扩展到包括2035年预期的条件和操作上。它计算了与电动汽车充电增加需求相关的电网调度和排放，以研究每种情景的影响。
该模型根据观察到的充电行为将驾驶员分为不同的群体，并捕获不同细分群体中驾驶员的独特行为模式，以构建未来的充电场景。这些场景是为WECC主要的11个州的每个县单独生成的，并汇总生成区域概况。
作者使用了不同的数据源来模拟加利福尼亚州电动汽车的充电需求。他们访问了人口普查、社区和消费者调查数据，以估计获得住宅充电的机会，并考虑了收入和住房类型因素。此外，他们还使用了加利福尼亚旧金山湾区2.77万名纯电动汽车驾驶员超过280万次充电的数据集来模拟驾驶员行为。
根据研究结果，将司机的充电习惯从在家充电改为白天充电可以对电网的各个方面产生积极影响，例如爬坡、可再生能源的使用、存储需求和排放。然而，要做到这一点，政策制定者必须确保日间充电对公众来说是容易获得、负担得起且广泛可用的。
该研究还表明，根据现有和拟议的费率表控制收费方面存在挑战，系统级和站点级利益之间存在潜在冲突。新充电站的开发是朝着充电控制迈出的重要一步，可以促进公平的广泛采用、减少排放并促进向脱碳未来的过渡。
研究结果表明，政策制定者必须考虑管理电网发电和配电的影响，以提高充电控制的有效性。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Electric vehicles reduce CO2 emissions, but charging patterns affect electricity grid operations，由Ricardo Xie编译。)
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