摘要：在以往電動汽車充電站的建設中，主要是以電網為*導。光儲充一體化解決方案，將能夠解決在有限的土地資源里配電網的問題，通過能量存儲和優(yōu)化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，可根據需要與公共電網靈活互動且相對獨立運行，盡可能的使用新能源，緩解了充電樁用電對電網的沖擊，在能耗方面，直接使用儲能電池給動力電池充電，提高了能源轉換效率。

關鍵詞：公交充電站；儲能系統(tǒng)；光伏系統(tǒng)；充電可靠性；能源監(jiān)控管理

1研究背景

“新基建”是服務于*家長遠發(fā)展和“兩個強國”建設戰(zhàn)略需求，以技術、產業(yè)驅動，具備集約*效、經濟適用、智能綠色、安全可靠特征的一系列現代化基礎設施體系的總稱。電動汽車充電服務設施是“新基建”中一大領域，加速推進城市公交、市政環(huán)衛(wèi)等公共領域運輸作業(yè)車輛新能源化，加快新能源汽車充電樁在北京建設布局，作為“十四五”產業(yè)動力新引擎、助力數字經濟發(fā)展、構建智慧和諧社會具有重要意義。通過汽車充電網的智能*度，*實現電網的削峰填谷，讓電網更加的柔性化，其中*大的價值在于新能源汽車實現把夜晚低谷的棄風、棄光、棄水的電儲存在汽車里帶到*峰期使用，即解決了上游的新能源供應，又解決了下游的消納。近年來，黨*央、國務院*度重視新型基礎設施的建設。以“新基建”為牽引，夯實經濟社會*質量發(fā)展的“底座”“基石”，對于發(fā)動“十四五”產業(yè)動力新引擎、助力數字經濟發(fā)展、構建智慧和諧社會具有重要意義。

2光儲充一體化公交充電站建設的必要性

2.1現有充電站面臨的問題

自2015年至2019年，北京地區(qū)共建成公交充電站130余座，總需求容量超過500MVA，年度總用電量已超3.2億kWh。在項目建設過程中，暴露出3方面痛點問題，急需研究解決。一是公交充電負荷存在短時長、負荷大、頻次多、峰谷顯著等特點，對電網造成大電流沖擊；二是新站選址建設中，局部電網難以支撐30%以上的站點用電需求；三是已建設投運公交充電站中，仍存在約25%的容量缺口，供需滿足率較低，對新能源車的推廣造成一定的掣肘。

2.2現有充電網絡面臨的挑戰(zhàn)

公交充電站是城市重要的基礎設施，其規(guī)劃建設是否合理直接影響到城市交通體系的運行和電動公交產業(yè)的發(fā)展，大量電動汽車充電基礎網絡建設對既有配電網增加容量的迫切需求，充電負荷的不連續(xù)性，大規(guī)模無序充電對電網的沖擊和影響也是未來需要解決的問題。

3光儲充一體化公交充電站的總體設計

擬選用朝陽區(qū)東*路和大魯店348路兩處公交場站作為綜合能源示范試點場站。此兩處場站為滿足充電運營需求，已建設投運260kWh/站的儲能設備，緩解了部分供電壓力，但仍存有缺口。目前在此儲能充電站的基礎上建設光伏系統(tǒng)和能量監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現并網自動化運行。并通過能量監(jiān)控管理系統(tǒng)來實現對光伏、儲能和充電設備的智能化管理，采集設備運行數據，進行光伏、儲能能量的優(yōu)化調度，實現削峰填谷，經濟用電的目標。系統(tǒng)整體設計方案示意如圖1所示。

3.1光儲充一體化系統(tǒng)架構

3.1.1智能配電柜

改造配電或儲能系統(tǒng)的交流母線，具備光伏并網條件。

3.1.2微網監(jiān)控調度單元

安裝在智能配電柜中，通過以太網或CAN通信接口查詢各部分的狀態(tài)信息，控制光伏儲能系各部分的運行；通過局域網與監(jiān)控調度*心進行雙向數據交換，接受*心的調度和管理。

圖1光儲充一體化整體設計方案示意圖

3.1.3電池儲能裝置

包括電池及其管理系統(tǒng)（BMS）、DC/DC模塊組和DC/AC變流器，電池及變流器容量由所在的光伏儲能系統(tǒng)總體參數確定。由于當前BSC可采用DC/DC+DC/AC的雙級結構，也可以采用DC/AC的單級結構；動力電池可以采用先串后并的形式也可以采用先并后串的形式。

3.1.4充電樁

在光伏儲能系統(tǒng)中以特殊負荷的形式出現，在給電動汽車充電時，表現為負荷的特性；當需要利用電動汽車的儲能容量參與運行時，也可以表現為電源的特性。充電樁通過CAN或以太網與MDU通信，同時還可以通過多種通信介質與電動汽車交換信息。

3.2光伏系統(tǒng)技術方案

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成*流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節(jié)。其工作原理為，在光照條件下，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串并聯形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉換成*流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統(tǒng)設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統(tǒng)設備的安全使用。

3.3現狀儲能系統(tǒng)技術方案

現有儲能設備為100kW/260kWh，接入單側低壓母線系統(tǒng)中。其主要應對存在少量的容量不足的充電站建設場景，當電網側配變容量不足，儲能系統(tǒng)進行功率補充，滿足充電樁同時工作。

儲能系統(tǒng)包括智能配電、儲能蓄電池組、BMS系統(tǒng)、儲能變流器和儲能監(jiān)控系統(tǒng)。變流器選型根據儲能*大輸出功率進行選擇。

BMS完成電池組的充放電管理功能，動態(tài)監(jiān)測電池組的電壓，電流，溫度，自動計算SOC（荷電狀態(tài)）。

監(jiān)控主機收集電池儲能單元的運行數據進行備份，顯示電池儲能單元運行的各種信息和數據，供用戶查看和判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)。

電池采用磷酸鐵鋰電池，電池管理系統(tǒng)提供過充、過放、過流、過溫、短路保護，提供充電過程中的電壓均衡功能，具備系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障報警顯示，同時能采集所有電池組的信息，通過液晶屏進行參數設置和修改，根據電池狀態(tài)調整充放電控制。儲能變流器設備采用模塊化設計，每個模塊為50kW，二個模塊并聯組成100kW儲能變流器。設備拓撲采用三電平設計，相比較于兩電平拓撲，三電平拓撲能夠提*開關頻率、轉換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低輸出諧波、開關損耗和變流器體積。對于新建且大量電源容量缺失的公交場站背景下，電源容量的缺口大甚至可以達到總負荷的50%以上時，這種應用場景就對電池和環(huán)境管理方面有較*的要求，儲能設備電池也可采用鈦酸鋰電池，其具有*倍率、長壽命的特點，亦可滿足電動公交充電運營多次充放需求，大量減少車輛充電對電網側的需求。

3.4能源監(jiān)控管理系統(tǒng)技術方案

整個系統(tǒng)的物理架構分為3層：應用層、網絡層、感知層。主站系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2能源監(jiān)控主站系統(tǒng)結構圖

應用層主要是提供網絡任意端上應用程序之間的接口，實現對負荷數據分析等。

網絡層負責數據透明傳輸，可實現設備運行信息、設備運行控制命令的傳輸，一般包括接入層和核心層。

感知層負責識別、采集整個系統(tǒng)所有設備、傳感器的運行等數據，實現儲能系統(tǒng)、試驗平臺、配網信息、用電信息、無功補償、諧波治理等系統(tǒng)和設備的監(jiān)視和控制。

4光儲充一體化充電站建設應用分析

4.1減少局部配電網接入壓力

充電站通過合理設置光儲系統(tǒng)，充分滿足充電需求，降低局部配電網接入壓力，一方面能夠滿足電動汽車充電的總需求，另一方面能夠適應電網發(fā)展能力，保證后期充電設施發(fā)展。

4.2提升電網整體可靠性

充電站配置光伏、儲能并網運行，可實現離網儲能供電，滿足特殊長時間的電力故障搶修要求，大大提*充電站系統(tǒng)整體供電可靠性水平。

4.3節(jié)能*效、清潔環(huán)保

通過建設光、儲、充微網能量管理系統(tǒng)，公交充電站能*大化使用清潔能源，踐行綠色出行、低碳用能新發(fā)展理念。

4.4推動智能電網的發(fā)展

清潔發(fā)展，優(yōu)先利用新能源，改善能源結構，基于能源網互動優(yōu)勢，靈活適應各類電源發(fā)電上網和用戶多樣化用電需求，實現按需生產和調度。

5系統(tǒng)概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)，是我司根據新型電力系統(tǒng)下微電網監(jiān)控系統(tǒng)與微電網能量管理系統(tǒng)的要求，總結國內外的研究和生產的*進經驗，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，*天候進行數據采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)*安全穩(wěn)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應用，提*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*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(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)*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(xié)議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術標準

本方案遵循的*家標準有：

本技術規(guī)范書提供的設備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺*2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設備及系統(tǒng)*5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統(tǒng)*5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統(tǒng)技術規(guī)范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規(guī)范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規(guī)范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網*1部分：微電網規(guī)劃設計導則

NB/T10149-2019微電網*2部分：微電網運行導則

5.3適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、*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(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號說明

5.5系統(tǒng)架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統(tǒng)組網方式

6系統(tǒng)功能

6.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)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(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、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(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)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(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁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(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)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(tǒng)計及分析、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)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(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)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。

7結語

目前的充電站建設大多單獨在空地上建設，可在充電站頂棚建光伏，但這樣的建設并不能*充電站的需求。目前光儲充一體化更適用于商業(yè)園、工業(yè)園、商用住宅等范圍，在屋頂上建光伏，這樣規(guī)模的光伏建設產生的能量足夠滿足充電站的使用，同時可以利用峰谷電價，減少成本。

隨著光伏業(yè)的發(fā)展，建設成本將會進一步的降低；而儲能電池，可考慮電動汽車退役下來的動力電池梯次利用，節(jié)約成本的同時，更*效的利用能源，也使電動汽車動力電池的回收有了新的解決方向，而隨著充電樁規(guī)模化的生產，有助于進一步降低建設成本。

參考文獻：

[1]關于進一步加強電動汽車充電基礎設施建設和管理的實施意見[R].北京市人民*府辦公廳.

[2]李惠玲，白曉民.電動汽車對配電網的影響及對策[J].電力系統(tǒng)自動化.

[3]余曉丹，徐憲東，陳碩翼.綜合能源系統(tǒng)與能源互聯網簡述[J].電工技術學報.

[4]國網能源研究院，孫李平，李瓊慧，黃碧斌.分布式光伏發(fā)電現狀及走勢[N].

[5]曹軼婷，歐方浩，王建興，公交光儲充一體化充電站設計.

[6]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用設計,2022,05版.

作者簡介

翟雪玲，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事與安全用電的研發(fā)與應用。