基于群控群充技術(shù)公交充電場站電氣設(shè)計要點

孔建飛， 馬存華

(同圓設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，濟(jì)南 250101)

0 引言

近年以來國家及各地區(qū)均出臺各類相關(guān)政策積極穩(wěn)步推動電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)。 經(jīng)過多年發(fā)展，相繼出現(xiàn)了獨立充電樁(交流慢充、直流快充)、群控群充、無線充電系統(tǒng)、光伏充電系統(tǒng)等多種類型。 本文以某公交充電場站為例，對電動汽車充電設(shè)施群控群充系統(tǒng)的供配電設(shè)計主要內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)介紹。

1 項目概況

該公交充電場站為某樞紐場站，總占地面積約1.5 萬m2，共設(shè)置40 個公交車充電車位。

2 電動汽車群控群充系統(tǒng)

群控群充系統(tǒng)的發(fā)展是隨著時代的發(fā)展而出現(xiàn)的，從一機單槍，發(fā)展到多槍輪充，最終到群控群充系統(tǒng)。 群控群充系統(tǒng)由一臺群控充電機及多臺充電終端組成，其系統(tǒng)框圖如圖1 所示。 群控充電機可根據(jù)充電終端車輛充電需求和集群負(fù)荷調(diào)控指令，動態(tài)分配各充電終端輸出功率，實時調(diào)節(jié)充電電流，分時段設(shè)定不同的充電策略，實現(xiàn)低成本投資。 群控群充系統(tǒng)和普通的充電樁相比，具有可動態(tài)功率分配、高智能化、高靈活性、高易用性、高擴展性的優(yōu)點，在汽車群充電應(yīng)用上優(yōu)勢明顯。

圖1 群控群充系統(tǒng)框圖

公交充電場站因公交車負(fù)責(zé)的線路長短不一存在電池消耗量、充電時間各不相同的情況，為了提高整個公交充電場站的充電效率、節(jié)約充電時間，本項目采用了群控群充系統(tǒng)。

3 公交充電場站群控充電系統(tǒng)配置計算及選擇

3.1 夜間群控充電系統(tǒng)配置計算

根據(jù)建設(shè)方要求，該場站夜間應(yīng)滿足40 輛公交車同時充電，并要求在6 h 內(nèi)所有公交車電量從20%充至100%。

式中，K為電池容量系數(shù)；W總為公交車夜間總充電量，kWh；W單為單臺公交車夜間總充電量，kWh；N為公交車夜間同時充電數(shù)量；W為單臺公交車電池容量(暫按180kWh)。

式中，h為公交車夜間充電時間，h；P總為夜間充電總功率，kW。

根據(jù)建設(shè)方提供的充電設(shè)施產(chǎn)品序列，夜間群控充電系統(tǒng)配置方案如下:選擇4 臺240kW 群控充電機，每臺群控充電機連接10 臺充電終端，共提供40 個充電接口。 充電設(shè)備總功率960kW。

單臺充電終端充電功率24～180kW 可調(diào)，則單臺充電終端夜間最小充電量為:

式中，h為公交車夜間充電時間，h；Wm為單臺充電終端6 小時內(nèi)充電最小容量，kWh；Pm為單臺充電終端最小充電功率，kW。

該方案可滿足公交場站夜間充電需求。

3.2 日間群控充電系統(tǒng)配置計算

公交車回站時需要進(jìn)行補電，以滿足車輛日間正常運行。 根據(jù)建設(shè)方要求，本公交車場共運營兩條線路，每條線路為20 車，日間場站內(nèi)高峰期最大臨時?？抗卉嚢?0 輛計，時間約為12:00～2:00，并要求在此2 小時內(nèi)所有臨時?？抗卉囯娏繌?0%充至100%，此要求為日間充電最極限狀態(tài)。

式中，K為電池容量系數(shù)；W總為公交車日間總充電量，kWh；W單為單臺公交車日間總充電量，kWh；N為公交車日間同時充電數(shù)量；W為單臺公交車電池容量，kWh(暫按180kWh)。

式中，h為公交車日間充電時間，h；P總為日間充電總功率，kW。

因該充電場站日間充電總功率小于夜間充電總功率，因此可利用夜間充電系統(tǒng)配置對日間充電需求進(jìn)行校驗。

(1)夜間充電設(shè)備總功率大于日間充電功率，故充電設(shè)備總功率滿足要求。

(2)單臺充電終端24～180kW 可調(diào)，日間充電時可將20 輛車輛平均分配到4 臺群控充電機，每臺充電機分別對5 臺公交車進(jìn)行充電。 單臺充電終端平均功率為48kW，則單臺充電終端日間最小充電量為:

式中，h為公交車日間充電時間，h；Wm為單臺充電終端2 小時內(nèi)充電最小容量，kWh；P平為單臺充電終端平均充電功率，kW。

可知，夜間群控充電系統(tǒng)配置方案可滿足公交場站日間充電需求。

根據(jù)以上計算，該公交充電場站群控充電系統(tǒng)配置如下:4 臺240kW 群控充電機，每臺群控充電機配置10 臺充電終端，共提供40 個充電接口。

4 公交充電場站充電系統(tǒng)變壓器容量選擇

4.1 充電系統(tǒng)負(fù)荷等級

因該公交充電場站為樞紐場站，故前期方案對接中筆者建議該場站充電系統(tǒng)負(fù)荷等級按二級負(fù)荷考慮。 但建設(shè)方根據(jù)該場站對應(yīng)的公交線路及運營情況，要求負(fù)荷等級按三級負(fù)荷設(shè)計即可。

4.2 充電系統(tǒng)容量計算

充電系統(tǒng)總?cè)萘咳缦?

式中，S為充電系統(tǒng)總?cè)萘?，kVA；K 為同時系數(shù)(取0.9)；P為充電機輸出功率，kW；N為充電機臺數(shù)；cosρ為功率因數(shù)(取0.95)；η為效率(高頻整流充電機取0.95)。

4.3 充電系統(tǒng)變壓器選擇

本項目充電系統(tǒng)供電采用室外獨立箱式變電站，變壓器負(fù)載率在0.8～0.85。 變壓器安裝容量如下:

式中，St 為變壓器安裝容量，kVA；S為充電系統(tǒng)總?cè)萘浚琸VA；β為負(fù)載率。

本項目共選擇兩座箱式變電站，變壓器容量為630kVA，每座箱式變電站為兩臺群控充電機供電。變壓器低壓配電干線圖如圖2 所示。

圖2 變壓器低壓配電干線圖

6 結(jié)束語

隨著各地開始建設(shè)大型電動汽車充電場站，電動汽車群控群充技術(shù)因其可動態(tài)功率分配、高智能化、高靈活性、高易用性、高擴展性的優(yōu)點，在大型電動汽車充電場站應(yīng)用上優(yōu)勢明顯。 本文以某公交充電場站為例對群控群充系統(tǒng)設(shè)計中群控充電機配置、充電容量計算、變壓器容量的選取進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 因本項目的特殊性，本次設(shè)計電動汽車電池容量的選取、變壓器容量計算中同時系數(shù)的選擇與公共電動汽車充電場站均有不同之處，需廣大同行在后續(xù)設(shè)計中注意。