白帆1、2 肖峻1 于丽平2
1 天津大学 天津 300000
2 冀北电力有限公司廊坊供电公司 河北廊坊 065000
摘要: 国家电网公司典型设计实施前，电动汽车充电站的设计没有统一的标准，由不同地区独立设计，图纸不统一，导致充电效率低下。为此，国家电网公司于2010年发布了《电动汽车充电设施典型设计（送审稿）》。统一和规范充电站的设计。2015年2月，国家电网公司发布了《国家电网公司高速公路快充站建设典型设计》，详细介绍了直流快速充电站的设计。廊坊地区的直流快速充电站均按本规范实施。
国网公司的电动汽车充电站典型设计虽然技术方案较为成熟，但没有考虑到不同地区地形的特殊性和多样性。以廊坊为例，城市面积小、城市结构紧凑、预留公共设施用地少、地块形状不规则、地下管网密集等技术难题一直困扰着充电站设计者。为了加快设计进度，缩短工期，需要优化和完善适合廊坊地区情况的设计方法。
关键词：电动汽车充电站；模块化设计法
引言: 国家电网电动汽车充电站的典型设计虽然在技术方案上已相当成熟，但没有考虑到不同地区地形的特殊性和多样性。以廊坊为例，廊坊市区面积小，城市结构紧凑，公共设施预留土地少，地块形状不规则，地下管网密集，其他技术难点一直困扰着充电站的设计者。此外，由于地方政府对场地协调支持不足，要求项目建设单位自行协调场地，上级部门不批准征地补偿费用，难以找到完全符合国家电网规范要求的地块。在这种情况下，国家电网公司的典型设计难以满足要求。典型设计如果照搬实施，会给工作带来许多障碍和麻烦，延缓设计进度，甚至无法实施。为了加快设计进度，缩短工程周期，有必要在国家电网典型设计的基础上不断优化和改进方案，提出了一套基于国家电网典型设计的电动汽车非标准区域直流快速充电站设计方案。
1 廊坊地区非标准地块的现状分析
廊坊占地面积6500平方公里，下辖三个区、六个县、两个县级市。2017年底，户籍人口为474.1万人。廊坊大部分地区处于低洼区。随着地壳下沉，地面逐渐被第四纪沉积物充填，导致新生代地层较厚的沉降。城市地形较为平坦单调，以平原为主要海拔高度一般在2.5 - 30米之间，平均海拔13米左右。北部地势较高，北部高，南部低，地貌类型较多，三河县东北角有一小片低山和丘陵，南侧有燕山，面积76平方公里，一般山体海拔200-300米。廊坊市中南部均为冲积平原区，地形平坦单一，总面积5179平方公里，占全市总面积的80%以上。海拔2.5 - 25米，坡度为1/2500-1/10000。
截至2018年4月，廊坊已建成55个充电站、339个充电桩，约4600辆电动汽车上路。随着电动汽车产销的不断扩大，充电站仍有巨大的缺口。2016年至2019年，中国国家电网公司新建了106座充电站。国家电网主要设计面积在1700 - 2000平方米的大型充电站和1000平方米左右的中型充电站。在地价最高的廊坊地区，征地补偿费在600万到1200万元之间，国家电网公司不提供征地补偿费，只能考虑小型充电站。
廊坊市将土地控制在道路红线以内，由于地形狭窄，充电站一般位于道路红线外的用户用地上。由于自身的利益，用户通常不会提供最宽敞方便的理想场地，更多的是为不影响本单位正常生产提供的闲置空间。并不能保证每个施工现场都能完全满足用地的要求。
2根据模块化设计法优化设计方案
模块化设计的理念的指导下,基于大量的实地调查和实际设计经验,对相同或相似的设计方案进行总结,根据技术要求和充电站的不同组件的模块化设计方案,形成的一般直流快速充电站的总体设计方案和不同子模块的设计方案，即电源模块、变点模块和充电模块。
模块化设计法:基于直流快速充电站的建设经验, 廊坊供电公司经济技术研究所、廊坊市冠华电力设计有限责任公司对电动汽车在廊坊地区的设计方法进行了改进，为了加快设计和缩短设计周期,根据不同的功能和位置整个项目分为三个模块。
例如,廊坊地区新充电站的建设,营销部负责充电站主体部分，运检部进线电源部分,很可能一个新的充电站的站体和外电源不会同时设计、同时采购和施工。在这种情况下，划分模块的设计方法可以分模块、区域进行设计工作，缩短设计周期。
电源模块主要是指10kV的电源进线，通常通过电缆或架空线路实现。
变电模块由箱式变压器和整流柜组成。通过箱式变压器将10kV电源降至380V，再通过整流柜转换为直流。
充电模块主要包括充电桩、雨篷和停车位。
在实施模块化设计法之前，廊坊地区传统的设计方法，即整个工程的总体设计、总体材料清单编制、总体概预算编制，当有一个站的主体和电源不能同步时，无法提前进行具体的设计工作，等到每个部分都获得批准并完成设计招标后再进行设计工作。
与传统的设计方法相比，模块化设计法可根据现场条件，利用各个模块间相互组合的优点。每个模块分为几个方案，拥有多种灵活的配置组合，可以在各种情况下，选择最佳的方案实施。
3 验证模块化设计法效果
3.1电动汽车充电站设计中的参考指标
(1)项目用地协调难度
廊坊地区土地资源紧张，开关站位置、进线供电和路径协调都有一定难度。
(2)土地面积
廊坊地区土地资源稀缺、昂贵。充电站用地面积是一项重要指标，直接决定了项目能否顺利实施。
(3)项目投资
不同的充电站项目、充电设备投资一般不会有太大的差异，投资差异主要体现在电缆的使用上，对地面硬化面积也会产生影响。
(4)项目建设周期
项目从建立到完成并投入生产，所需的时间越短越好。
(5)施工难度和施工单位进场难度
应当根据交通便利程度、场地土质、表面附着物及周围建筑物等情况确定。
(6)维修方便
充电站设备维修方便，维修时需要有足够的空间方便人员和设备的出入。
(7)充电方便
电动汽车进出充电站时，使用充电设备应方便、不方便出入、不方便使用充电枪等情况。充电方便性可根据进出车位、车位布局等进行评价。
3.2 对比结论
通过对传统设计与模块化设计法、国网典型设计与模块化设计方法、模块化设计的多种组合方式进行比较，展示了模块化设计法在提高设计效率、提高场地利用率、降低项目落地难度等方面的优势。适合在廊坊地区城市快速充电站设计中推广应用。
4 已建成投运充电站运行情况
截至2019年8月，廊坊供电公司在廊坊已建成运营城市快速充电站106座，其中直流充电桩766座，交流充电桩25座。
自2016年起，廊坊市安次区、广阳区、开发区城市快速充电站新建项目开始逐步采用模块化设计法进行工程设计。试验过程顺利，结果成熟可靠。每个完成的充电站均处于正常稳定运行状态。
201年，廊坊电力公司建造了三个非模块化设计的充电站。由于运行不理想，已将充电站全部拆除，并在原场地上按照模块化设计法重新设计新建充电站。
当时的设计是直接将电源从新建的箱变接引至充电桩，再将充电桩向电动汽车供电。该方案需要将电缆从箱式变压器直接连接到充电桩，对电缆的需求很大。此外，由于缺少整流器，交流充电是唯一的选择，这对于大量需要直流快速充电的电动汽车来说很不方便。如果直接采用国网的典型设计，场地要求较高，与廊坊地区场地协调困难的实际情况相比，在项目实施中有很多限制。在实践中，由于场地协调问题，曾多次出现拟建充电站无法实施的情况。
采用模块化设计法后，对建设场地的要求低于典设，降低了站址协调的难度，提高了项目实施的成功率。大大缩短了城市快速充电站的设计周期，提高了工作效率。根据不同地块的大小和形状，因地制宜地安排每个模块，节省空间和投资成本。为后续设备的采购、施工、安装、验收和运行提供便利。已经投入运行的充电站应用也比较顺利，大部分充电站月平均可达1000KWh以上，少数充电站可达10000KWh。
5 结束语
在实践中征得的建设用地，大多存在着面积偏小、形状不规则，或需要躲避地上地下障碍物等不利情况。针对多种不同情况，需要充分利用地形，保证各个模块都能顺利布置，电动车进出车位方便，且保证各个设备与周边距离符合安全规定。为了项目能够顺利实施，在国网典设的基础上，结合实践经验，编制《基于国网典型设计的非标准地块电动汽车直流快速充电站设计方案的研究与应用》。
此手册编制完成后，用于廊坊地区城市及高速公路服务区新建快速充电站的设计参考，在国网典设的基础上进一步提高设计效率，提高充电站建设周期、占地情况等多维度的综合指标，推进廊坊市区充电站的建设推广。也可以为廊坊以外的地区提供参考。
在实践中，获得的建设用地大多存在面积小、形状不规则、需要避开地上和地下障碍物等缺点。鉴于多种不同的情况，有必要充分利用地形，确保各模块能顺利安排，电动汽车进出车位便利，并确保各设备与周边距离符合安全规定。为了项目的顺利实施，在国家电网典型设计的基础上，结合实际经验，制定了《基于国网典型设计的非标准地块电动汽车直流快速充电站设计方案的研究与应用》。这本手册将被用作廊坊地区新建快速充电站的设计参考,进一步提高设计效率,缩短充电站的建设周期、节约土地的占用和优化其他多项指标。对廊坊以外地区也有一定的借鉴作用。
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