光储充检放一体化充电站在配电网中的应用

光储充检放一体化充电站在配电网中的应用

周海潮

中电建西南电力销售有限公司

摘要：随着“碳达峰、碳中和”目标的贯彻落实，新能源电动汽车作为新型的出行方式，因其具有节能环保、绿色低碳的优势而受到人们的欢迎，亦是我国新能源产业的重要组成部分，对我国减少碳排放的战略发展路线具有促进作用。新能源汽车配套的充电行业也迎来了发展新机遇，光储充检放一体化充电站能够有效解决新能源发电间歇性和不稳定的问题。本文阐述光储充检放一体化充电站的组成及其在配电网中的应用，希望为能源工程建设提供参考。

关键词：光储充检放一体化；充电站；配电网；新能源汽车

引言：光储充检放一体化充电站作为集中了光伏发电、能源存储、汽车充电、电池检测等功能于一体的智能化充电站，可同时实现光储充检放等效果，实现能源的高效利用和储存。其可充分利用峰谷价差，帮助用户减少电费的支出，创造更多运营利益。在日新月异的城市化建设战略中，光储充检放一体化充电站作为新型城市建设的基础设施，可平抑电网波动、保证电能质量，作为新能源电动汽车可靠、稳定的能源补充，推动新能源汽车的可持续发展。

1光储充检放一体化充电站的组成

1.1光伏发电系统

太阳能光伏发电是实现我国能源与电力可持续发展的重要组成部分。光储充检放一体化充电站中利用晶硅材料吸收太阳能，并经过伏特效应，利用电池组件实现光能向直流电能转化的过程，并经过光伏并网逆变器的逆变，将电能推送到储能电池里。

1.2储能变流器

储能变流器主要作用于储能系统，与电网设备相连接，负责控制电网电能和储能单元能量，保证其双向流动，可有效实现对电池系统的充放电管理，解决太阳能光伏电力输出功率随机性的问题。其还具备网测负荷功率跟踪、电池储能系统充放电功率控制的作用，保证光伏电力的应用和输送，确保精准控制储能功率，限定充放电快速转换速度。

1.3储能电池组

储能电池组一般放置于室外集装箱中，利用磷酸铁锂电池实现电池组的模块化设计，整体电池组需利用电池架进行安装，实现电池组中若干电池串的并联，且要给予每个电池组一个电池管理单元，实时监测单元电池的电压和温度等参数，储能电池设备是由BMS系统统一管理的。

1.4充电桩系统

充电桩系统是为新能源汽车补给能源的方式，随着新能源汽车的普及率提升，安装在民用建筑或公共建筑停车场中的充电站数量相对提升，可实现对不同型号新能源汽车的能源补充。市面上最常见的是汽车直流充电桩，兼具转换器和整流器的功能，可实现将光伏电能调节为固定功率的电能，将电网中的交流电转化为直流电，充电过程中可显示充电的能源参数，如已充电电量、充电运行电压、充电电流时速、充电所需费用等，建立与汽车电池管理系统的直接通讯交流和反馈。

1.5能量管理系统

能量管理系统主要是运行执行策略的中枢机构，可采集到储能系统的电池、PCS、电能表和视频系统等设备信号，实时监测并网系统中电网承载的负载量，确保充电站的光伏发电系统运转正常，储能电池贮备能源状况良好，可对设备中微网系统进行运行调节，保证整个系统的正常运行。

1.6车棚钢结构系统

充电站车棚钢结构可采用多种材料和结构样式组成，一般情况下设计为单排或双排，配合新能源汽车充电桩使用，与智能充电系统相配合，提供高效率的充电服务。钢结构的特点具有耐用性，并具备强大的承载力，可抗风雨、耐腐蚀，且具有不易变形的特征，保证车棚的使用寿命和使用体验。另外，车棚钢结构系统具有可定制性，可根据周围充电站环境设定大小、形状和颜色，实现协调统一的视觉效果。

2光储充检放一体化智能微网的五大功能

光储充检放一体化可建立智能微网，它是基于CATL储能电池技术，将光伏、储能、快充及电池检测服务系统组合而成。能实现6大功能：

一是能支持充电站孤岛运行。现目前市场普通的充电站在偶遇突发停电情况下，就失去了为新能源电车充电的功能，这在现实生活中时有发生，但是当建立了储能系统后，突发的停电时，该充电站依然能够有储存的电能，供电车进行充电，大大降低了突发情况对市场带来的冲击。

二是能支持消峰填谷，平抑快充带来的电网波动。今年来全球气温升高态势已然严峻，很多省份都出现在峰段时电力供应的问题，甚至只能采取大面积区域停电来缓解峰段的电力供应，若光储充放形成一体化效应，大家都能把低估的电能储存起来，在高峰时期使用，大大降低高峰负荷不足的风险，为电网合理调配和民生稳定做出积极作用。

三是能支持V2G，双向充放电功能。建立智慧微网后，不仅能从电网低估时段储存电力，保障高峰时期新能源车的正常使用，甚至在特殊的尖峰时期，还能利用反送电的功能给予电网电力的供应，一方面确保电网的安全稳定运行，也能让新能源车司机从中享受到尖峰价差带来的收益。

四是充放电过程集成电池检测功能。近几年，全国新能源电车发展迅速，也是根据国家能源新政策，包括“30 60”目标相符合。但是在后续新能源电车的电池检测板块还未出精准的检验标准，充放电智能微网可以在新能源车充电时对每个电池进行监测与分析，同时为其生产专业的电池健康报告，对以后新能源车更换、修复电池等做到依据。

五是支持并网及为周边提供UPS等服务。光储充检放最后的目标是打造智慧化城市，电力供应充足时正向充电，电力供应不足时反向放电，将综合能源与配电网及用电节点进行协同管理，为公共基础、 配套服务提质增效，为社会能源结构优化赋能，助力全球生态可持续发展。

3光储充检放一体化充电站原理分析

    实现光伏发电在配电网的接入，配电网潮流分布便会出现相应改变，这便会给配电网电压带来一定影响。其中，逆变器是引发光伏发电系统产生谐波污染的关键性要素，在谐波注入配电网的情况下，沿线电压很有可能会产生畸变情况。针对电动汽车充电站给配电网带来的影响而言，其具体体现在以下两方面：首先，电动汽车充电时间发生叠加情况，或者是电动汽车基于负荷高峰时段进行充电，都会给配电网增加较多负担；其次，因为充电设施属于非线性负载，在充电过程中会生成相对较多的谐波，所以此类情况的出现同样会给配电网带来相应影响。而光储充检放一体化充电站，通常可以实现此类问题的有效解决。对于光储充检放电一体化充电站而言，储能系统是其重要组成部分，其可以根据具体情况深入展开光伏发电机电动汽车的分析工作，从而对实际充电需求有一个相应的了解，这样便能够缓解配电网压力。在充电站负荷处于高峰阶段时，其能够进行电能的释放，为电动汽车实施供电，同时还可以实现光伏发电富余电量的存储，促使输出电网功率达到峰值，同时还能够实现供电性能的整体优化。并且，储能系统也可以在优化光伏发电及供电特性方面发挥非常重要的作用，避免电动汽车充电过程中配电网负荷方面产生过于严重的波动，提高电压稳定性，实现相角及有源滤波效果的整体优化。另外，充电系统是电动汽车充电的一个重要前提，在充电接口的支持下便可以为电动汽车提供相应的充电服务，提高电动汽车充电的便利性和快捷性。检测系统作为光储充检放一体化充电站的一个重要部分，其功能主要体现在新能源汽车电池的检测方面，在检测完成后便可以自动化生成相应电池检测报告，实现电池一些风险的预警，为电池安全性与可靠性提供保障，这对于实现电池使用寿命的延长来说是非常有利的。

4光储充检放一体化充电站在配电网中的应用分析

下文将以某地计划打造的光储充检放一体化充电站为例，阐述分析光储充检放一体化充电站的应用状况，各部分结构设计所能提供的发、储、充、检、放供电服务功能。

4.1供配电设计

国内常见充电站的供配电设计均选用MNS低压交流式配电柜，双路电源进线连接充电站中的镇流器和断路器，保障线路安全。可选用10回路额定工作电流为100A的规格的断路器，将其分别连接于10台交流式充电桩之上，并在总线路上安装1回路额定工作电流为40A的断路器，可相应配备一定参数的站用式电源。另外，项目供配电设计中配置的直流式配电柜，需配合安装10回路250A的断路器，使其与10台12kW功率的充电机连接，并保持设备与额定工作电流为150A的断路器、功率为100kW的光伏式变流器处于相连状态，800A的断路器与500kW的储能式变流器连接顺畅。

4.2整流器设计

项目中整流器的设计应依照模块化理念，将隔离式变压器接入交流电网中，借助直流母线和交流电网作用，实现整流系统内电气的隔离。采用额定工作功率100kW的双向交流器并联接入交流侧，实现整流器中配电单元、控制单元、变流器模块、隔离变压器的系统化运行，且要重点控制双向式变流器的模块载波匹配度。针对变流器的模块设计，应通过模块化理念，将“l”式三电平逆变拓扑结构作为整个设备主电路，并以LCL滤波器作为交流侧，要在直流侧选用CL滤波器设计，降低运行中电流与电压的波纹。例如，实际充电中，“l”式三电平变流器需将网侧交流电转换为直流电，为能源汽车提供所需电能。而在往电网放电时，则要将直流电逆变为交流电，且整流过程需在0.1秒内完成放电与充电的相互转换。

4.3充电系统设计

项目的充电系统包括充电单元、DC/DC充电模块、分配功率控制器、保护性电气、控制充电能量的设备等。选用集中式整流器转换电能为新能源汽车提供充电服务，其中可利用500kW功率的整流单元输出设备与5台120kW功率的充电单元相连接，确保充电单元可对应相关充电终端。另外可将直流电充电模式设置为可调节的额定电压，分为两种不同的类型：200-750V或500-1000V，即可大概率满足市面上常用新能源汽车车型的充电需求。并将4个30kW的直流转换充电模块并联相接，用以调控充电系统在使用中的总输出电压范围，确保输出功率的恒定。

4.4储能系统设计

该项目的储能系统可根据实际规模，选定额定工作功率为500kW的储能变流器，并选用单体规格为3.2V/50Ah的磷酸铁锂电池，制成电池组。每簇电池均由6并联216串联动方式，产生所需的额定电压。按照模块化理念设计使用一级变换拓扑，安装5个100kW的双向式DC/DC变流器模块，使直流侧分为5分支，保证电池电压为500V-780V。储能装置处于放电模式下，需在Boost工作模式下运行，保证储能装置可输出恒定限流电压，要对放电过程中的端电压大小进行实时监测，避免储能系统出现过度放电的现象。若使用中出现负载突变，充电站可借助超级电容自身的超快响应速度，第一时间输出大量电流作为补充，从而帮助蓄电池借助限幅器输出释放小电流。

4.5电池检测设计

电池检测系统设计主要是检测各类电池的温度、电压、电量饱和度等信息，需配合光储充检放一体化充电站设置检测单元。通常为每簇电池内设置18个监测单元，保证电池管理系统与检测单元的通信畅通，进而动态监测能源汽车电池储能运行状况。

4.6光伏系统设计

光伏充电站设计组成包括额定工作功率为100kW的光伏系统、储能系统、充电系统，实现对能量的限额调度，充分发挥光伏发电站的效用。并为光伏系统设计配置光伏逆变器、支架、电缆和光伏组件等。光伏系统一般安装于充电站车棚棚顶上，并在配电柜交流侧接入光伏逆变器。整体容若为100kWp，则选用的相关组件需为265Wp的多晶硅式光伏组件，并将23块组件进行串联，接入光伏逆变器的直流输入侧，以保证系统的高功率输出及优异的弱光发电特性。

4.7监控系统设计

在此次所开展的设计工作中，监控系统设计方面为其增设了电池管理功能，并且设有丰富外部通信接口，在系统实际运行过程中可以针对光伏系统、储能系统及充电系统等多个系统的运行状况进行动态化监控，与此同时监控系统还拥有电池模组部分、单体部分的信息采集、监视等功能，并且可以根据实际情况实施智能化维护及管理优化，根据实际需求开展信息查询。针对监控系统开展界面设计工作过程中，主接线图能够对储能公共快充站中的相关设备各点信息实现动态化显示，包括电压、电流、频率及开关等信息；与此同时在设计中还会为储电站设计了相应统计界面，通过该界面可以进行系统中电气联系、运行信息、充放电等相关信息的展示。其中PSC运行监控中展示了PCS运行数据相关信息，在其中涵盖了子单元有功及无功功率等发那个面信息。而电池堆及运行监视界面当中，包含了每个电池簇运行相关信息，例如电流、温度等方面信息。针对电池单体运行开展监视工作过程中，其展示了每个电池处于单体运行状态下的相关信息，比如电池当前状态、当前温度及电压等。对于通信状态监视方面，可以了解系统每个设备通信的网络联系及当前的通信状况。在这个项目设计中，包含了100kW光伏系统部分，同时还围绕光伏功率架设了相应的预测性系统。系统在实际运行期间，可以根据实际需求选择响应时段开展光伏发电站有功功率的分析工作，在此基础上进行分析信息的预报，同时通过对发电预测模型的使用，对未来一段时间的发电功率情况展开精准性预测。

5光储充检放一体化充电站在成本收益中的应用分析

纵观我国储能投资收益状况，受到峰谷电价和成本影响，收益呈不稳定趋势发展。而光储充检放一体化充电站主要针对新能源汽车的能源补充业务，具有极大的发展前景，汽车充电收费价格较为稳定，相对的收益也呈稳定势态发展，为供应商、服务商制造稳定的成本收益。将光储充检放一体化充电站并入电网中，除了可利用光伏发电获取能源外，还能在电价低估时进行储能充电，并在电价高时放电，降低充电成本，起到削峰填谷的效果，可用于弥补太阳能发电的稳定性问题，亦可在电网断网时，利用光储充系统采用离网应急充电。是我国碳中和战略路线中汽车行业值得发挥与探索的新方向。

结束语：光储充检放一体化充电站为新能源汽车的使用提供了全面的能源补充服务，可保证未来我国新能源汽车的普及率不断攀升。通过光储充检放一体化充电站的建设，可解决峰值负荷过高、网损增大的问题，确保整个电力系统经济安全运行，有利于促进国家减排扶持政策的执行。

参考文献：

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