高速公路光儲式換電站的分析

李瀟瀟 趙子青 李悅悅 徐忠良 侯占武 馬一鳴

摘 要：本文提出利用高速公路服務區(qū)和收費站的空閑場地建設光儲式電動汽車換電站，對電動汽車充電與換電方式的特點進行了比較，分析了光儲式電動汽車換電站的結構與能量流動回路，最后闡述了光儲式電動汽車換電站的運行工況。

關鍵詞：高速公路；光儲式；換電站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.151

1 緒論

為推動新能源的健康發(fā)展，展現(xiàn)綠色通行的理念，本文提出利用高速服務區(qū)和收費站的屋面、空地、停車場等建設光儲式電動汽車換電站，集太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電、太陽能光伏獨立發(fā)電、電動汽車換電功能于一體。既可以實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電，又可以實現(xiàn)對電動汽車的快速更換電池的能力，同時可以作為高速服務區(qū)的備用供電源。不僅是節(jié)約土地資源和提升高速公路形象的重要體現(xiàn)，同時還對能源結構的優(yōu)化有重要意義。

2 電動汽車充電與換電方式的特點比較

（1）采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時間為5-8h。這種充電方式的主要缺點是充電過程所消耗的時間過長，不能滿足用戶的便捷實用需求。

（2）快速充電方式，該方式下用較大電流對蓄電池組短時間充電。這種方式的主要問題是會嚴重影響蓄電池組的壽命，此外安裝成本和充電安全要求較高 [1]。

（3）換電方式，即通過直接更換電池組來達到為電動汽車充電的目的。該方式解決了縮短充電時間、保證電池質量、延長續(xù)駛里程等難題，有利于提高車輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性 [2-3]。

3 光儲式電動汽車換電站的原理與能量流動回路

光儲式換電站的原理是將太陽能通過光伏組件轉換的電能，既通過光伏充電控制器傳遞到蓄電池中儲存起來，又可以通過并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)輸送電能。這樣一部分電能給電動汽車充電使用，另一部分電能逆變后并入電網(wǎng)。此外光伏電站也可充當高速公路服務區(qū)的備用電源。當系統(tǒng)中的監(jiān)控單元檢測到電網(wǎng)發(fā)生故障而無法供電時，可迅速切斷系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，立刻投入逆變器進行離網(wǎng)供電。當電網(wǎng)解除故障后，系統(tǒng)可轉換到正常工作狀態(tài)。

本方案有5個能量流動回路（如圖1所示）。這5個回路具體作用和工作方式說明如下。

（1）回路1實現(xiàn)對光伏發(fā)電進行儲能的作用：將太陽能電池組件發(fā)出的直流電通過儲能系統(tǒng)內部的控制器儲存在蓄電池組中。

（2）回路2實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)中蓄電池組的逆變并網(wǎng)的作用：儲能系統(tǒng)中蓄電池組儲存的電能通過逆變器變?yōu)榈慕涣麟姾筮M入電網(wǎng)。

（3）回路3實現(xiàn)對光伏系統(tǒng)的電能進行并網(wǎng)發(fā)電：光伏組件發(fā)出的直流電經(jīng)逆變后進入電網(wǎng)。在輻照條件較好的情況下，如果光伏系統(tǒng)發(fā)出的電能在除滿足換電站的需要之外還有盈余，可以通過該回路向電網(wǎng)售電以獲得經(jīng)濟收益。

（4）回路4實現(xiàn)儲能系統(tǒng)饋電的功能：其中涉及到兩部分能量變換，一是儲能系統(tǒng)到充電機（DC/DC變換）；二是充電機到電網(wǎng)（DC/AC變換）。該回路是回路2的備用回路，因為回路2和回路3中的逆變器是共用的，所以回路2和回路3不能同時工作。因此當回路3導通時，蓄電池組中儲存的電能可通過回路4饋送至電網(wǎng)。

（5）回路5實現(xiàn)市電充電功能：該回路的能量流動方向與回路4的能量流動方向相反。當電網(wǎng)電價低于電網(wǎng)平均電價時，可通過回路5從電網(wǎng)中獲取差額電能，向儲能系統(tǒng)充電。

4 光儲式電動汽車換電站的運行工況

光儲式電動汽車換電站首先滿足換電站用電，富余的電能可以通過管理系統(tǒng)的調度來實現(xiàn)智能運行。該系統(tǒng)可分為以下幾種工況：

（1）輻照資源充足時，光伏系統(tǒng)發(fā)出的電能除滿足換電站用電外還有盈余，該狀態(tài)下系統(tǒng)向電網(wǎng)送電。

（2）輻照資源不充足時，光伏系統(tǒng)無法滿足換電站的負載用電需要，需要向電網(wǎng)購電以滿足換電站的用電需求。

（3）陰雨天或夜間條件下，光伏系統(tǒng)不產(chǎn)生能量，只能通過向電網(wǎng)購電滿足換電站供電需求。

（4）電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，光伏電站和電池組可以同時逆變成交流電為服務區(qū)供電，此時可停止電動汽車的更換電池服務。

5 結語

綜上所述，高速公路與光儲式電動汽車換電站共同開發(fā)的模式既可最大限度地利用新能源，又可以推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展，還可以緩解電力供給的緊張情況，是未來新能源發(fā)展的新出路?？稍偕茉磁c電動汽車的結合，是發(fā)展綠色出行、高效利用新能源的良好途徑。

參考文獻：

[1]任延吾.高速路上電動汽車充電樁解析[J].電子世界，2017（04）：114-115.

[2]苗軼群，江全元，曹一家.基于微電網(wǎng)的電動汽車換電站運營策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（15）：33-38.

[3]陳征，劉念，路欣怡等.考慮換電儲備的電動汽車光伏換電動態(tài)功率分配方法[J].電工技術學報，2014，29（04）：306-315.

作者簡介：李瀟瀟（1980-），男，遼寧沈陽人，博士，高級工程師，主要研究方向：光伏系統(tǒng)優(yōu)化和光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)設計。