摘要:为了更好地实现可持续性发展,国家十分重视对清洁能源和相关产品的使用。作为提供电动汽车能源的场所,光储充检放一体化充电站在研发与建设中不断发展。该文主要针对光储充检放一体化充电站在配电网中的应用进行研究,希望为相关工程建设提供参考。
关键词:电动汽车;光储充检放一体化;充电站;配电网
1光储充检放一体化充电站原理
电动汽车充电站对配电网产生影响的主要原因有以下2个方面。1)电动汽车的充电时间出现叠加、或在负荷高峰的时段充电都会加剧配电网的负担。2)由于充电设施是非线性负载,在充电时会产生较多谐波,因此该种情况和光伏发电一样都会对配电网产生影响。光储充检放一体化充电站,能有效解决此类问题。在光储充检放一体化充电站中,储能系统能够按照实际情况对光伏发电和电动汽车的充电需求进行分析,缓解配电网的压力。
2光储充检放一体化充电站在配电网中的应用方案
某座能够集“发、充、储、检、放”交直流混合供电的充电站,并对其光储充检放一体化充电站应用进行分析。在该项目内,光储充检放的一体化主要包括整流器设施、光伏充电系统、供配电的系统、群控充电的系统、电能储能的系统、单元监控系统以及展示系统。其中,实现以直流母线为基础的多端式互联装置,包括0.4kV/1000kVA的交流电源2路进线、100kW的光伏1路接口、500kW的储能1路接口、120kW的新型充电机10路接口以及60kW的常规型充电机10路接口。
3光储充检放一体化充电站在配电网中的应用分析
3.1供配电的系统
在该项目中,设置了1台MNS的低压交流式配电柜,并且为双路电源的进线,进行2回路1000A的断路器配置,分别和2台500kW的整流器连接;预留10回路100A的断路器,并且分别和10台交流式充电桩连接,配置1回路40A的断路器,并且提供了20kVA的站用式电源。另外,还设置了1台直流式配电柜,并且配置10回路250A的断路器,与10台120kW的充电机分别连接;配置150A的断路器,并和100kW的光伏式变流器连接;配置800A的断路器,并和500kW的储能式变流器连接。
3.2整流器
图1是整流器的原理框图。对整流器按照模块化理念设计,借助隔离式变压器向交流电网接入,使直流母线和交流电网实现电气的隔离,在交流侧以5个100kW的双向式AC/DC的变流器相应模块实施并联。
.png)
图1整流器的原理框图
双向式AC/DC的变流器相关模块以通用平台模块化理念实施设计,其主电路选择三电平的逆变拓扑类型,交流侧选择LCL的滤波器,在直流侧进行CL的滤波器设计来减少电流和电压的纹波。三电频的变流器在充电时,将网侧的交流电整流为直流电,对储能的电池和电动汽车实施充电;在向电网进行放电时,会将直流电逆变为交流向电网回馈,在满载的条件下充电模式与放电模式间转换可以在100ms内完成。
3.3充电系统
充电系统主要包括DC/DC的充电相应模块、分配功率的控制器、充电的单元、对充电能量的控制器以及保护性电器等部分。该方案的充电系统通过集中式整流器提供DC800V的直流电。使用1台标准式500kW整流单元的输出能够和5个120kW的电单元相接,每1个充电的单元和1路充电的终端输入对应,并且直流变换的充电模块按照电压平台可以分作200V~750V、500V~1000V的2种类型,可以对近期和远期车辆的充电平台的需求。各个充电单元由4个30kW的直流转换充电的模块以并联方式组成,从而实现对200V~750V的输出电压范围进行调节、以及对500V~750V范围内恒功率的输出进行有效控制。该系统主要采取直流母线的拓扑形式方案,分作前后两级功率转变。在前级部分AC/DC的单元中,选择集中式的PWM(脉冲宽度的调制)整流器,把380V的交流电转变成具有稳定性的±0.4kV直流电,从而向直流母线实施供电;在后级部分DC/DC的单元中,选择高频隔离的变换器,把±0.4kV的直流电转换为电动汽车蓄电池在充电中所需200V~750V和500V~1000V的交流电,并按照车辆充电的需求和整流负荷的控制的具体要求,将最大安全的负荷作为约束性条件。借助直流母线向光伏发电的间歇电源、储能电池的系统、整流负荷与充电负荷等接入,实现协同操作的目的。
3.4储能系统和放电
该储能系统包括500kW的PCS(储能的变流器)1套、电池的管理系统、电池箱和电池架等部分。在该方案中,选用磷酸铁锂的电池,单体是3.2V/50Ah的规格,并且每簇电池在簇成组中是6并联216串联动的方式,额定的电压是691.2V,其单簇的电池组的电压范围在540V~777.6V。在该方案中,储能系统共有5簇,并且每簇有216串,采取300Ah单体的电池,一共需要180块300Ah容量电池的单元,该电池标称达到1036.8MWh的总容量。对储能的变流器,按照模块化理念设计,使用一级变换的拓扑,使用5个100kW的双向式DC/DC变流器的模块,在直流侧分作5支路,并且每个支路和1簇电池连接,电池的电压为500V~780V。当储能装置处在放电的模式时,两双向变换电路Buck、Boost均在Boost的工作模式下工作。2个储能装置都采取恒压限流放电的方式。
3.5电池检测系统
在电池检测的单元中,对12只单体内电池的电压和温度等相关信息进行检测,每簇电池内包括18个电池检测的单元;在每簇电池内,1个电池组的管理系统和18个电池检测的单元进行通信,实现对电池组的实时性监控;每5簇电池和一电池系统的管理单元对应,并且分别与BCMU(电池组的管理系统)借助RS485实施通信,1个BAMS和5个BCMU进行通信,以1路的CAN设备和储能的变流器实现通信,1路的以太网和网络的交换机实现通信。
3.6光伏系统
在该项目中,100kW的光伏系统和储能系统以及充电系统共同组成光储充电站,所发的电能参与到能量的调度中,从而充分发挥光伏发电站的作用。光伏系统包括光伏的组件、电缆、支架和光伏的逆变器等,设备都在站内的屋顶安装,并从光伏的逆变器以及其交流侧接入配电柜。
4结语
综上所述,光储充检放一体化充电站为电动汽车的使用提供了全面、有效的服务,对其在配电网中的应用进行研究,希望对相关项目建设提供帮助。由于该技术具有巨大的发展前景,因此需要对该技术进行不断研究。
参考文献:
[1]张加岭,张家盛,李善波.柔直与光储混联主动配电系统研究及应用[J].电气传动自动化,2018,40(1):9-12.
[2]吴万禄,吴爱军,潘伟,等.含光储充电站的配电网供电能力评估[J].电力与能源,2019,40(2):126-131.