电动汽车充电站变压器容量及储能优化配置

董青松

摘要：电动汽车快速增长，充电站被广泛建设，充电负荷和原配电网负荷叠加，进一步扩大了峰谷差，加大了配电网的承载压力。如何缓解局部电网压力成为影响电动汽车大规模发展的重要课题。电动汽车充电站建设成本较高，提高充电站的利用率，降低企业运行成本，有利于促进充电站的建设和发展。

关键词：电动汽车；充电站；变压器容量；储能配置；

引言

近年来,新能源汽车已成为汽车行业最大的亮点,其市场发展从政策转向市场驱动的新发展阶段,随着市场规模和发展质量的提升呈现良好态势,为“十四五”期间汽车行业的高质量发展奠定了坚实的基础。

1电动汽车的充电模式

(1)交流充电模式,交流充电是用汽车充电器为小型电动乘用车充电。根据汽车充电器功率的不同,通常充电时间为3-5小时,甚至可达8-9小时。交流充电一般采用交流充电电流,充电电流相对较小,输出功率一般不超过5千瓦。交流充电器一般建在停车场、居民区等地,可以充分利用夜间或停车时间进行充电。2)直流充电模式。对于没有汽车充电器的电动汽车充电,使用直流充电模式。根据电动汽车电池的性能,额定功率一般为0.2~1C,少量电池的额定功率可达3C。根据电动汽车电池的剩余容量和充电电流的大小,充电时间通常为20分钟至1小时。直流充电主要在充电站进行,需要特殊的直流充电装置,使用大电流进行充电。(3)电力替代模式。电力更换是替换电池的一种方法,以达到电动汽车充电的目的。该模型允许电动汽车快速充电,通常只需要大约10分钟。目前,电力更换主要在变电站的电力传输中进行,应配备必要的电池更换设备(例如,电力更换机器人等)。的。

2电动汽车充电需求分析

充电设施的建设以及利用充电基础设施提供相应的充电服务，是影响新能源汽车行业发展的重要因素。世界发达国家均围绕新能源汽车行业进行了多项研究，并把对充电基础设施的研究放到了至关重要的地位，国内外的学者在这一方面的研究也有较多的成果。国内外不少文献都发表了有关充电需求的研究分析，这些研究旨在使得充电站的选址更加合理。考虑到影响充电需求的因素很多，研究中多通过使用一些概率密度函数进行充电需求的分析，这样能更加准确地分析出充电需求。为确保电网供电的稳定性，需要对某地区新能源汽车的充电需求量进行分析，准确地分析出充电需求量对地区合理供电有着非常重要的作用。

3充电站变压器容量优化配置

由负荷特性分析可知充电站负荷波动大，高峰持续时间短，以最大功率去配置变压器容量，利用率低，经济性不佳，有必要优化电动汽车充电站的容量配置，提高充电站的经济效益。充电站收益来自于面向用户的售电电量费用，投入成本除一次性投资外，主要来自向电网购电的费用，购电费用包括固定的变压器容量费用和购电电量费用。降低充电站变压器最大需量可以削减成本，但在高峰时间段内可能存在部分用户无法正常充电，不仅损失电量收益，还会降低用户的满意度。基于成本与收益理论，文中提出将损失电量乘以惩罚性因子考虑到优化模型中，即当充电站容量受限，用户因无法正常充电损失的充电电量以惩罚性因子放大，计入优化模型。

4与充电设施安全相关的主要标准状况

随着新能源汽车产业的快速发展,充电安全问题日益突出。根据紧急事务管理部消防和救援服务局的数据,2022年第一季度,新能源汽车发生了640起火灾,比去年同期增加了32%,其中大多数发生在充电站充电期间或充电后。因此,充电站的安全作为充电的主要基础设施,应受到国家机关、充电运营商和车主的高度重视。随着新能源汽车产业的快速发展,充电器行业的发展以及相关标准的开发、改造和迭代也更快。目前,与现场安全试验相关的主要标准包括:GB/T18487.1-2015电动汽车驱动充电系统第1部分:通用要求,GB/T37295-2019城市公用事业电动汽车充电和再充电安全系统技术要求,GB/T34657.1-2017电动汽车驱动充电兼容性试验技术要求第1部分:电源设备。 GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / GB / T39752-2021 电动汽车安全技术要求和试验规则 NB/T10901-2021 电动汽车充电设备现场检验技术规范, NB/T33004-2020 电动汽车充电设施施工及竣工技术规范, NB/T33022-2015 电动汽车充电站预设计深度规范, NB/T33001-2018 电动汽车非有线充电器技术条件, NB/T33002-2018 电动汽车交流充电站技术条件 此外,许多标准正在修订中,对充电器各个方面的要求将进一步提高。

5多台充电桩谐波分析

在电动汽车快速充电站,有几个充电站为电动汽车充电。在快速充电过程中,快速充电站从配电网吸收的电流和功率取决于同时运行的充电站的电流和功率的总和。输出功率的变化导致输入谐波电流的振幅和相位角的变化。如果充电站的多辆电动汽车在不同时间进行快速充电,则配电网中谐波/火焰谐波连接的含量将不同于单次直流充电时产生的谐波/火焰谐波连接的含量。当使用分布式输入时,每个输入都会产生很大的和谐,这会降低电气系统的稳定性。针对这一问题,建议采用粒子群优化算法来求解最佳接入量,使电动汽车有序接入配电网,以减少电动汽车接入网中的谐波化合物含量,优化电动汽车接入量。经过仿真分析表明,利用电动汽车有序连接到配电网可以有效降低电动汽车连接到电网产生的谐波连接的含量,提高电力系统的运行稳定性。

6充电站规划的未来发展

6.1多类型充电设施

在未来可能存在不一样的充电方式，目前随着新型技术的出现，将会有越来越多的人选择无线充电，这也是未来发展的走向。随着新能源汽车的类型越来越多，现有的充电设施已经不能满足新能源汽车行业发展的需求，因此需要考虑更多充电方式，为后续充电站规划指明方向。

6.2考虑不同的利益主体

在选择不同的利益主体时，会有不同的目标函数，以及不同的约束条件，所求得的结果也会不同。在研究中，考虑重点是系统的负荷率、容量等，目标为成本最小、利益最大化等。在充电站规划时，从不同的角度出发，考虑多个利益主体因素，也是未来研究的发展方向之一。

结束语

只有当通过减少配电变压器最大需量获得的收益能够弥补损失的电量惩罚成本和梯次利用电池储能系统的成本时，充电站才可选择配置储能。此外，不同规模的充电站所需配置的储能容量各有不同，只有通过合理配置储能容量，才能够在平抑负荷波动的基础上，提高充电站运行经济性。

参考文献

[1]邓磊,刘敏,应丽云,等.不同充电模式下电动汽车充电站的仿真与谐波分析[J].电力系统保护与控制,2018,46(1):87-95.

[2]纪鑫哲,周琬善,刘久付,等.基于双边LCL与LCC混合补偿的电动汽车恒流恒压无线充电系统的研究[J].电气技术,2021,22(2):17-20,95.

[3]范磊,陈良亮,罗雯茜,等.考虑城市不同功能区的电动汽车负荷时空分布建模方法[J].电力建设,2021,42(6):67-75.

[4]段雪,张昌华,张坤,等.电动汽车换电需求时空分布的概率建模[J].电网技术,2019,43(12):4541-4550.

［5］何静涵.电动汽车交流充电桩现场检测中出现的主要问题及措施［J］.计量与测试技术，2021，48(05):99～101.