安科瑞光儲充電站在高速公路服務區(qū)的解決方案

時間：2024-7-5閱讀：898

周穎

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：現階段,，高速公路上的充電網絡基本建設完成,，并且得到了快速的發(fā)展,。因此，為確保高速公路服務區(qū)內光儲充電站的應用需求能夠得到滿足,，須引入清潔綠色電力,，與此生成高速公路能源保障機制，以增加交通出行環(huán)節(jié)的用電便利性,?；诖耍疚氖紫群喴治隽斯こ谈艣r,，其次闡述了高速公路服務區(qū)光儲充電站運行控制問題,，之后提出了高速公路服務區(qū)光儲充電站運行控制措施，以期對相關部門的工作有所幫助,。

關鍵詞：高速公路,；服務區(qū)；光儲充電站,；運行控制

0 引言

因傳統燃油汽車在使用過程中限制性因素有所增加,，使得新能源汽車在近年來越來越受人們的青睞。相關數據顯示,，截至2022年國內的新能源汽車位居國際*,，并且占國際比重的60%以上。并且到2023年4月底國內的新能源汽車已經完成了49.44萬輛的銷售額,，同比增長86.28%,。

本文以某區(qū)域內的光儲充電站發(fā)電項目為例，其日均發(fā)電量約為4000kWh,，可滿足該服務區(qū)內的日均用電需求,。其在本地的光伏發(fā)電項目中光儲充能源項目的容量是1.296MV，光伏區(qū)域的占比約為69.32%,，而其中充電樁區(qū)域的實際占比是3.62%,，儲能區(qū)域的占比是21.04%。其具備實現充電樁+光伏+儲能為一體的功能,。并且服務區(qū)內會將所產生的電量,，優(yōu)先給到充電樁使用,，然后給到儲能系統進行充電。將剩余的部門服務區(qū)使用,，若服務區(qū)內存在無法消納的電量,，則直接與公共電網對接。

1 高速公路服務區(qū)光儲充電站運行控制問題

結合的研究可知,，在使用電動汽車時,，日均充電高峰為下午5：00～7:00點，下午的12:00～16:00點以及夜間的23：00至次日1：00點,。并且用戶的平均充電量為245/6kWh,，充電時長約為49.3min。單次的充電金額是25元,，每日需充電1.4次,。在此背景下，即便充電基礎設施目前已經取得進步,，但仍存在一些問題,，值得相關人員研究及改善，具體如下,。

1.1充電網絡覆蓋度低

國內目前已經建成了4.9萬km的高速公路快充網絡,，而在部分區(qū)域內的支線地帶，仍存在未覆蓋的情況,，因為技術故障以及車位被占據等因素影響,，使App內顯示有可充電車位，但達到后卻被燃油車或者是其他車輛占位,，無法進行充電,。因為布局有盲點，所以充電網絡覆蓋度整體較低,。

1.2充電車位環(huán)境較差

在充電車位附近的管理工作仍須加強,，在完成充電后，存在隨意扔充電槍等問題,。也存在車主插隊充電等情況,，降低新能源汽車使用者的體驗感。

1.3充電電樁缺少維護

充電樁的整體布局方式不合理,，因為各個充電設施的運營企業(yè)未合理地處理充電App,，使人們所使用的導航服務仍有欠缺。使汽車的保有量下降并且充電站內的冷熱分布不均勻,，區(qū)域性充電樁限制,，還有部分區(qū)域無樁可用，接口不兼容,，充電樁損壞等問題,，都是充電樁在維護環(huán)節(jié)可能遇見的問題,。

2 高速公路服務區(qū)光儲充電站運行控制措施

2.1提高充電網絡覆蓋度，加強光儲充電系統設計

為實現對高速公路服務區(qū)內光儲充電站的控制,，應提高充電網絡的覆蓋度,，適當加強系統設計，運用成對方式,，將充電站布置在公路的兩端,。這樣，采用地區(qū)電網的供電方式,，則可讓一段由饋電電纜完成接入操作,，使得總降電壓的變電室能夠順利提供電能。首先,，以某地的服務區(qū)為例,，在充電樁項目建設期間,，可以實現對空地資源的升級改造,，增加儲能裝置在此期間的應用，讓所連接的電纜長度有所延長,，如此則可降低電壓后續(xù)所帶來的影響,，從前期設計活動開始，就保障了配電系統的安全性（如圖1所示）,。

其次,，可以運用單位公路的運行方式，讓接入點電壓具備可調節(jié)的功能,。使低壓電力區(qū)域的受力偏差值是-7%～+7%,，在簡化設計流程的同時，順利生成光儲充電電路,。其中,，服務區(qū)內南側的負荷電壓是U1，北側的負荷電壓是U2,；電網接入的電壓是Ug,。而K、Z則為低壓側的變比和等效阻抗,；Z1是饋電線路和總降壓變電室的等效阻抗,；Z2為等效南北兩側的等效阻抗；IPV表示并網電流,。若通過公式來確認在單位功率因數運行過程中的并網電流為：IPV=-mU2,。并且，若服務區(qū)已經完成光伏發(fā)電系統的新增工作,，則其中的負載電壓可通過公式表示,，具體如下：

2.2營造良好光儲充電環(huán)境,，強化光伏發(fā)電滲透率

為營造出良好的光儲充電環(huán)境，應對公共充電樁的利用率進行提升,。例如,，若日均通勤距離為70km，則3～4日完成一次充電即可,。此時,，應在App內準確標注充電樁的位置，縮短新能源汽車的充電時間,。并且,，可以結合相關標準中的要求，讓光伏逆變器能夠與控制指令相互對接,，讓光伏單元可以更改無功出力的形式,。

如此，則可了解在服務區(qū)內光儲充電站中的無功功率是否有*的可能,。同時,，可采用無功功率的合理調節(jié)，讓光伏的發(fā)電滲透率有所提高,。并且,，讓服務區(qū)不會處于輕載的條件，使得服務區(qū)內的充電樁不會出現電壓超限的情況,。另外,，也可通過EMS系統的輔助，讓其與集線器,、電能質量分析儀,、微網控制器相互銜接（如圖2所示），提高光伏逆變器無功容量的利用率,，以防止系統中的電量發(fā)生過度損失的情況,。

圖2光伏發(fā)電滲透流程圖

2.3加強對充電樁的維護，制定光儲充電站運行控制方案

為強化高速公路上光儲充電站運行效果,，提升充電樁的利用率,，應防止光伏發(fā)電系統出現問題。首先,，應保證光伏系統的正常運行,，避免電壓發(fā)生超限的情況，采取行之有效的操作方式,，防止資源浪費并將投資回收期縮短,。如此，則可加強對充電樁的維護,，讓其能夠延長使用年限,。

其次,，應了解光伏負荷用電、光伏發(fā)電出力的情況,。增加對電價信息等諸多方面的重視,。采用合理的控制方式，讓儲能裝置順利充放電,。如此,，則可增加在光儲充電站運行環(huán)節(jié)的收益。并且,，也可強化儲能逆變器,、光伏逆變器的具體功能，讓服務區(qū)內的電壓能力有所提升,。這樣,，則可讓系統中的電能損耗有所減少。

這樣,，在上述控制目標達成后,，方可形成完整的能量管理系統。以實現對電壓水平,、電壓越限,、電壓負荷及檢測模塊、儲能充放電模塊的控制,。使得所得到的數據內容，都可以采用遠程發(fā)布的方式,，上傳到能量管理系統當中,，以增加在后續(xù)管理活動方面的助力。

2.4增加相關配套設施,，執(zhí)行仿真測試及驗證操作

為保證公共充電網絡建設活動的順利開展,，應適當地把控公共充電網絡建設的質量與數量，讓建設的布局結構更加嚴謹,，防止地域不平衡等問題,，對本項目造成影響。

首先,，可采用改建,、新建以及擴容的方式，實現對充電樁的合理布局,，加強高速公路服務區(qū)內充電樁的密度,，以保證后續(xù)的充電需求能夠得到滿足。并且,，可以基于高速公路服務區(qū)的運營能力以及建設能力,，實現對充電場站服務等級的認證,，以保證公共充電網絡服務的質量有所提升。

其次,，須實行仿真測試及驗證操作,。優(yōu)先生成數字化的仿真裝置，完成降壓變,、供電電網,、饋電線路、用電負荷,、光伏發(fā)電系統,、儲能裝置等的組裝操作，形成光儲充電站模型,。這樣,，則可保證儲能逆變器、光伏逆變器以及能量管理系統的合理銜接,。也可依靠RTDS仿真平臺,，實現實物控制器與仿真平臺之間的對接。如此,，則可采用電壓,、SOC、電流,、PWM等脈沖信號,，實現光伏逆變器與能量管理系統的銜接，使得現場內的控制器能夠保持一致,。這樣,，則可防止電壓不平衡等問題的發(fā)生。

3 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統

3.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統,，是我司根據新型電力系統下微電網監(jiān)控系統與微電網能量管理系統的要求,，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統,。本系統滿足光伏系統,、風力發(fā)電、儲能系統以及充電站的接入,，*進行數據采集分析,，直接監(jiān)視光伏、風能,、儲能系統,、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統、能量管理為一體的管理系統,。該系統在安全穩(wěn)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標,，促進可再生能源應用，提高電網運行穩(wěn)定性,、補償負荷波動,；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差,、平滑負荷,，提高電力設備運行效率、降低供電成本,。為企業(yè)微電網能量管理提供安全,、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案,。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構,，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層,。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議,，物理媒介可以為光纖、網線,、屏蔽雙絞線等,。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP,、CDT,、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103,、IEC60870-5-104,、MQTT等通信規(guī)約。

3.2平臺適用場合

系統可應用于城市,、高速公路、工業(yè)園區(qū),、工商業(yè)區(qū),、居民區(qū)、智能建筑,、海島,、無電地區(qū)可再生能源系統監(jiān)控和能量管理需求。

4充電站微電網能量管理系統解決方案

4.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統人機界面友好,，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài),，實時監(jiān)測光伏、風電、儲能,、充電站等各回路電壓,、電流、功率,、功率因數等電參數信息,，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合,、分閘狀態(tài)及有關故障,、告警等信號。其中,，各子系統回路電參量主要有：相電壓,、線電壓、三相電流,、有功/無功功率,、視在功率、功率因數,、頻率,、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值,；狀態(tài)參數主要有：開關狀態(tài),、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源,、儲能系統進行發(fā)電管理,，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息,、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設置等,。

系統應可以對儲能系統進行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態(tài)進行及時告警,，并支持定期的電池維護,。

微電網能量管理系統的監(jiān)控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏,、風電,、儲能、充電站及總體負荷組成情況,，包括收益信息,、天氣信息、節(jié)能減排信息,、功率信息,、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求,，也可將充電,，儲能及光伏系統信息進行顯示。

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圖1系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖,、光伏信息,、風電信息、儲能信息,、充電站信息,、通訊狀況及一些統計列表等。

4.1.1光伏界面

圖2光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息,，主要包括逆變器直流側,、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析,、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統計,、電站發(fā)電量年有效利用小時數統計、發(fā)電收益統計,、碳減排統計,、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析,；同時對系統的總功率,、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

4.1.2儲能界面

圖3儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量,、儲能當前充放電量,、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線,。

圖4儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置,，包括開關機、運行模式,、功率設定以及電壓,、電流的限值。

圖5儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置,，主要包括電芯電壓,、溫度保護限值、電池組電壓,、電流、溫度限值等,。

圖6儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據,，主要包括相電壓、電流、功率,、頻率,、功率因數等。

圖7儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據,，主要包括相電壓,、電流、功率,、頻率,、功率因數、溫度值等,。同時針對交流側的異常信息進行告警,。

圖8儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓,、電流,、功率、電量等,。同時針對直流側的異常信息進行告警,。

圖9儲能系統PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài),、運行狀態(tài),、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息,，主要包括儲能電池的運行狀態(tài),、系統信息、數據信息以及告警信息等,，同時展示當前儲能電池的SOC信息,。

圖11儲能電池簇運行數據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度,，并展示當前電芯的電壓,、溫度值及所對應的位置。

4.1.3風電界面

圖12風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息,，主要包括逆變控制一體機直流側,、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析,、電站發(fā)電量年有效利用小時數統計,、發(fā)電收益統計、碳減排統計,、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測,、發(fā)電功率模擬及效率分析,；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示,。

4.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對充電站系統信息,，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率,、電量,、電量費用，變化曲線,、各個充電站的運行數據等,。

4.1.5視頻監(jiān)控界面

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圖14微電網視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置,，實現預覽,、回放、管理與控制等,。

4.1.6發(fā)電預測

系統應可以通過歷史發(fā)電數據,、實測數據、未來天氣預測數據,，對分布式發(fā)電進行短期,、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析,。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃,，便于用戶對該系統新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預測界面

4.1.7策略配置

系統應可以根據發(fā)電數據,、儲能系統容量,、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置,。如削峰填谷,、周期計劃、需量控制,、防逆流,、有序充電、動態(tài)擴容等,。

具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量,、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整,，同時支持定制化需求,。

基礎參數計劃曲線-一充一放

圖16策略配置界面

4.1.8運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數,，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流,、三相電壓,、總功率因數、總有功功率,、總無功功率、正向有功電能,、尖峰平谷時段電量等,。

圖17運行報表

4.1.9實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器,、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位,，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件,，包括保護事件名稱,、保護動作時刻；并應能以彈窗,、聲音,、短信和電話等形式通知相關人員。

圖18實時告警

4.1.10歷史事件查詢

應能夠對遙信變位,，保護動作,、事故跳閘，以及電壓,、電流,、功率、功率因數,、電芯溫度（鋰離子電池）,、壓力（液流電池）、光照,、風速,、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯,，查詢統計,、事故分析。

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圖19歷史事件查詢

4.1.11電能質量監(jiān)測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測,，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況,，以便及時發(fā)現和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài),、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率,、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值,；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率,、A/B/C三相電流總諧波畸變率,、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率,、偶次諧波電壓總畸變率,、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率,、2-63次諧波電壓含有率,、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率,；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值,、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值,；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線,、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差,；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率,、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率,、總無功功率,、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線,，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）,；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降,、短時中斷發(fā)生時,，系統應能產生告警，事件能以彈窗,、閃爍,、聲音、短信,、電話等形式通知相關人員,；系統應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據,，包括均值,、*值、*值,、95%概率值,、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱,、狀態(tài)（動作或返回）,、波形號,、越限值、故障持續(xù)時間,、事件發(fā)生的時間,。

圖20微電網系統電能質量界面

4.1.12遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作,，并遵循遙控預置,、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序,，可以及時執(zhí)行調度系統或站內相應的操作命令。

圖21遙控功能

4.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界面,，可以直接查看各電參量曲線,，包括三相電流、三相電壓,、有功功率,、無功功率、功率因數,、SOC,、SOH、充放電量變化等曲線,。

圖22曲線查詢

4.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能,，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的發(fā)電、用電,、充放電情況,，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析,；對系統運行的節(jié)能,、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析,，包括年停電時間,、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析,。

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圖23統計報表

4.1.15網絡拓撲圖

系統支持實時監(jiān)視接入系統的各設備的通信狀態(tài),，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài),，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位,。

圖24微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容,、電網連接方式,、斷路器,、表計等信息。

4.1.16通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理,、控制,、數據的實時監(jiān)測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序,，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口,，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU,、ModbusTCP,、CDT、IEC60870-5-101,、IEC60870-5-103,、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約,。

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圖25通信管理

4.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能,。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）,?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限,，為系統運行,、維護、管理提供可靠的安全保障,。

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圖26用戶權限

4.1.18故障錄波

應可以在系統發(fā)生故障時,，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況,，通過對這些電氣量的分析,、比較，對分析處理事故,、判斷保護是否正確動作,、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條,，每條錄波可觸發(fā)6段錄波,，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形,，總錄波時間共計46s,。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。