配電站與電動汽車充電樁合建的應用研究

上海市電力設計院有限公司 宣婷婷 孫 燕

配電站與電動汽車充電樁合建的應用研究

上海市電力設計院有限公司 宣婷婷 孫 燕

介紹、論證了配電站與分布式電動汽車充電樁合建的方案。研究解決了充電樁需求，解決充電樁建設社會問題，使生產(chǎn)效率提高。

配網(wǎng)；配電站；電動汽車；充電樁；分布式

作為世界能源消耗大國和環(huán)境保護重要力量，中國積極實施電動汽車科技戰(zhàn)略，促進汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構升級和動力系統(tǒng)電動化轉型，培育和發(fā)展電動汽車社會，并取得了一定效果。中國政府在去年通過的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012－2020年）》中，確定到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達200萬輛、累計產(chǎn)銷量過500萬輛。

按照《電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》到2015年左右，我國將在20個以上示范城市和周邊區(qū)域建成由40萬個充電樁、2000個充換電站構成的網(wǎng)絡化供電體系，滿足電動汽車大規(guī)模商業(yè)化能源供給需求。電動汽車充電樁的建設成了發(fā)展新能源汽車的關鍵。

在全力倡導和鼓勵公民“綠色出行”的背景下，充電基礎設施的供求關系出現(xiàn)了極大的不平衡。二大電網(wǎng)公司都曾承諾過要為電動汽車車主提供便捷安全的充電服務。充電樁的需求分布廣泛、需求不集中，呈分布式。10kV（20kV）配電站布點多而密，與分布式電動汽車充電樁合建正好可以解決電源缺少、土地、分布廣泛等一系列問題，成為發(fā)展“綠色出行”推廣應用的可復制新途徑，能從系統(tǒng)上擴大推廣電動汽車規(guī)模和應用地域。

10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合建進一步完善基礎設施建設，實現(xiàn)網(wǎng)絡化、便利化；推進電動汽車充換電設施建設運營；配置簡潔；設備減少，投資減少，運行維護減少；節(jié)約占地；系統(tǒng)集成。憑借配電站優(yōu)勢發(fā)力充電樁，解決充電樁需求，解決充電樁建設社會問題，使公司產(chǎn)品生產(chǎn)效率穩(wěn)步提高。

1 附帶充電功能性的10kV（20kV）配電站

我國現(xiàn)有配電網(wǎng)絡中，配電主變壓器容量在100～2000kVA，10kV進出線1～2回，低壓出線4～8回。

在現(xiàn)有配電站建筑面積不變的基礎上，電氣配置電動汽車充電樁?？紤]常規(guī)慢充和應急快充兩種充電方式，均采用1樁1充。10kV（20kV）配電站內(nèi)的充電樁（機）設計方案分類表1。

表1 結合10kV（20kV）配電站的充電樁（機）設計方案分類表

1.1 電氣部分

（1）充電樁配電

考慮常規(guī)慢充和應急快充兩種充電方式，均采用1樁1充。直流充電機自帶APF單元，實現(xiàn)就地補償。一般規(guī)模較小，分散設置。

（2）電氣一次

①電源接入方案

利用10kV室內(nèi)配電站供電，采用交流220V/ 380V進線。

②電氣主接線

不改變現(xiàn)有配電站標準設計中的10kV配電裝置、10kV配變，只在低壓配電裝置模塊中增設充電樁回路，見圖1。

③短路電流控制水平及主要設備選型

380V短路電流水平分別按50kA考慮。

④主變?nèi)萘?/p>

主變壓器容量在100～2000kVA之間，但充電樁累計負荷超出100kW應在原有容量上增加或單獨設置配電變壓器。

（3）電氣二次

①控制終端

內(nèi)嵌在充電樁內(nèi)，主要功能包括，人機交互功能：顯示各狀態(tài)下的相關信息，包括運行狀態(tài)、充電電量、計費信息等；顯示字符應清晰、完整，沒有缺損現(xiàn)象，不依靠環(huán)境光源即可辨認。

具有外部手動設置參數(shù)和實現(xiàn)手動控制的功能和界面。

計量功能：內(nèi)部安裝電能表，對充電樁輸出電能量進行計量。

提供電能表現(xiàn)場檢定的接口。

刷卡付費功能：配備IC卡讀卡裝置，安裝于充電樁內(nèi)部，能夠與充電樁內(nèi)置電能表進行通信，配合IC卡實現(xiàn)充電控制及充電計費。

②通信系統(tǒng)

利用配電站通信上傳。

（4）接地

充電樁接地利用原有10kV室內(nèi)配電站接地系統(tǒng)，接地電阻應不大于4歐姆。

配電采用TN-S系統(tǒng)，電氣設備所有不帶電的金屬外殼均應可靠接地。

1.2 充電樁土建部分

交流充電樁采用落地式或壁掛式安裝方式，直流充電機采用落地式安裝方式。

（1）落地式充電樁基礎設計

利用配電站站外角落位置設立鋼筋砼充電樁基礎，在基礎件上安裝落地式充電樁，落地式充電樁基礎外包尺寸為0.8m×1.0m?；拥孛嬉陨?.5m高，地面以下凈深1.0m。

圖1 增設充電樁回路的主接線圖

基礎做法：溝壁及溝底采用0.3m厚C30鋼筋混凝土,墊層為C15鋼筋混凝土0.1m厚。設置埋件或地腳螺栓與設備連接?；A內(nèi)預埋UPVC管，如若地基為不良地基需處理后再進行基礎施工。

（2）壁掛式充電樁基礎設計

利用配電站外墻壁局部設立鋼筋砼埋件，在埋件上安裝壁掛式充電樁，預留UPVC管穿電纜。

2 10kV（20kV）配電站-充電樁的配置

2.1 充電樁的配置

在10kV室內(nèi)配電站中配置1～3臺直流充電機或1～10臺交流充電機。

（1）交流充電樁 1臺功率為7kW的交流充電樁，為小型電動乘用車提供充電服務。

采用交流220V進線；采用落地式（圖2）或壁掛式（如圖3）安裝方式；按就近原則布置在車位端部。

圖2 交流充電樁落地式外形圖

圖3 交流充電樁壁掛式外形圖

（2）直流充電樁 1臺功率為40kW的一體式直流充電機，為小型電動乘用車提供充電服務。

采用交流380V進線；采用落地式（圖4）安裝方式；按就近原則布置在車位端部。

圖4 直流充電樁落地式外形圖

2.2 充電樁的布置

在10kV（20kV）配電站中，不改動建筑平面的情況下，可以配置1～8臺交流壁裝式充電機，落地式交、直流充電機可以任意布置。布置方案見圖5。

落地式交、直流充電樁可以任意布置，并不受建筑限制，在400V低壓供電半徑150m左右均可設備。落地式交流充電樁因為每臺容量較小，可以采用集中供電到樁群處，再分支到各個充電樁，見圖6。落地式直流充電樁因為每臺容量較大，可采用單回路供電。

圖5 壁裝式充電樁布置圖

圖6 落地式交流充電樁布置圖

3 經(jīng)濟比較

以設5臺7 kW交流充電樁，1臺40kW直流充電樁為例。10kV室內(nèi)配電站與分布式電動汽車充電樁合建和單建充電樁電源材料費用如下：

通過觀察兩種方案的主要設備、材料費用表，顯而易見，10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合建方案的優(yōu)勢突出。

其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合建方案建設成本較之分布式電動汽車充電樁單建方案低，從表2和表3可見，合建方案的主要設備、材料費用僅為9.68萬元，還不到單建方案的10%。

原因是合建方案不需要另設變壓器系統(tǒng)，且節(jié)省了大量的線材。此外，由于設備、材料數(shù)量少，在運行維護及后期報廢處置過程中產(chǎn)生的成本也將大大降低。

因此，10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合建方案值得推廣運用。

4 結語

在全力倡導和鼓勵公民“綠色出行”的背景下，充電基礎設施的供求關系出現(xiàn)了極大的不平衡。充電樁的需求分布廣泛、需求不集中，呈分布式。10kV室內(nèi)配電站與分布式電動汽車充電樁合建正好可以解決電源缺少、土地、分布廣泛等一系列問題，成為發(fā)展“綠色出行”推廣應用的可復制新途徑，從系統(tǒng)上擴大推廣規(guī)模和應用地域。

10kV室內(nèi)配電站與分布式電動汽車充電樁合建進一步完善基礎設施建設，實現(xiàn)網(wǎng)絡化、便利化；推進電動汽車充換電設施建設運營；配置簡潔；設備減少，投資減少，運行維護減少；節(jié)約占地；系統(tǒng)集成。使南方電網(wǎng)憑借優(yōu)勢發(fā)力充電樁，解決充電樁需求，解決充電樁建設社會問題，使公司產(chǎn)品生產(chǎn)效率穩(wěn)步提高。

表2 10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合單建主要材料費用表

表3 10kV（20kV）配電站與分布式電動汽車充電樁合建主要材料費用表

德國杜塞爾多夫建造“低能量屋”

德國杜塞爾多夫建成了一批結構簡單的單戶住宅面積145平方米“低能量屋”，該住宅基礎裝置由地源熱泵系統(tǒng)和與其連接的地板采暖系統(tǒng)組成，地源熱泵靠3個大約30米深的垂直鉆孔提供免費地熱。具有脈寬調(diào)制控制器的熱泵可以將效率大大提升，以便對居住者不斷變化的加熱要求做出快速響應。

地源熱泵系統(tǒng)自從安裝后，總熱負荷為每平方米55瓦，平均供熱季節(jié)性能系數(shù)（HSPF）為4.27。不需要借助任何輔助加熱系統(tǒng)，就能全年提供足量的空間供暖和生活熱水。 （李忠東譯）

Application Research of Combined Construction of Power Distribution Station and Electric Vehicle Charging Pile

Xuan ting ting,Sun yan

It introduces power distribution station and distributed electric vehicle charging pile combined construction resolution.It deals with request of charging piles and solves social problems of charging piles construction to improve production efficiency.

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宣婷婷(1977-),女，工程師，從事電氣設計及管理工作。孫 燕(1981-),女，工程師，從事電氣設計工作。