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概要：隨著電動(dòng)車(chē)輛充電需求功率不斷增大，規(guī)?；碾妱?dòng)汽車(chē)充電可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)越限，同時(shí)還可能引起系統(tǒng)峰值負(fù)荷超額等問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)輸電和發(fā)電能力造成很大壓力。將光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與充電樁相結(jié)合，不僅能緩解電網(wǎng)系統(tǒng)的壓力，而且所建成的光儲(chǔ)充系統(tǒng)在發(fā)電過(guò)程中無(wú)環(huán)境和噪聲污染，實(shí)現(xiàn)了清潔能源的利用，也由此實(shí)現(xiàn)了以光養(yǎng)樁，削峰填谷，平抑充電負(fù)荷波動(dòng)，降低電網(wǎng)容量壓力，提高供電可靠性的情況。在提倡綠色環(huán)保、節(jié)能減排，大力發(fā)展新能源的時(shí)代此設(shè)計(jì)方案具備良好的推廣前景。

1、研究意義

開(kāi)發(fā)利用可再生能源是保證我國(guó)能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，大力使用光伏發(fā)電成為戰(zhàn)略替代能源的電力技術(shù)之一，新能源汽車(chē)取代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)也已成趨勢(shì)。

將光伏發(fā)電與新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁相結(jié)合這個(gè)設(shè)計(jì)不僅可完美履行國(guó)家開(kāi)發(fā)可再生能源與新能源汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略，還有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車(chē)與開(kāi)發(fā)可再生清潔能源的協(xié)調(diào)發(fā)展起到良好的引領(lǐng)示范作用。

將光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與充電樁相結(jié)合這一光儲(chǔ)充研究設(shè)計(jì)可以有效緩解配電網(wǎng)容量壓力、用電負(fù)荷低谷時(shí)段儲(chǔ)存電能，在用電負(fù)荷高峰時(shí)段將存儲(chǔ)的電量釋放提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2、研究背景

電化學(xué)電池已經(jīng)存在了100多年，太陽(yáng)能光伏電池已經(jīng)使用了半個(gè)世紀(jì)。在太陽(yáng)能發(fā)展初期，用戶在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方部署光伏電池板來(lái)為電池充電，這些電池為衛(wèi)星，氣象站和偏遠(yuǎn)房屋等供電。在本世紀(jì)初，人們開(kāi)始將光伏系統(tǒng)直接連接到電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，光伏和電池儲(chǔ)能已納入新的建筑法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)較為成熟。

截止2019年年底，純電動(dòng)汽車(chē)保有量已超過(guò)310萬(wàn)輛，充電樁也已超120萬(wàn)臺(tái)，根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)車(chē)樁比已經(jīng)提升至3.50：1，較2015年的7.84：1已經(jīng)有大幅的提升。其中，車(chē)與公樁比為8.25：1。車(chē)樁比雖然在不斷提升，但仍遠(yuǎn)低于《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020）》規(guī)劃的1∶1的指標(biāo)，充電樁仍有較大的建設(shè)空間。

2020年3月4日，中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開(kāi)會(huì)議，研究當(dāng)前新冠肺炎疫情防控和穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行重點(diǎn)工作，要加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，其中，新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、5G基站建設(shè)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和城際高速鐵路和城市軌道交通等七大領(lǐng)域。政策出臺(tái)后，新能源充電樁成為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)方向之一。值得注意的是，5G、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等這幾個(gè)“新基建”智能化、信息化技術(shù)板塊，也是充電樁、智能電網(wǎng)、智能交通、新能源汽車(chē)融合發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

3、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.1、系統(tǒng)構(gòu)成

本項(xiàng)目系統(tǒng)主要由光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)四部分構(gòu)成。

3.1.1、光伏系統(tǒng)

光伏系統(tǒng)采用光伏建筑一體化的模式，即光伏陣列與停車(chē)場(chǎng)車(chē)棚結(jié)合，光伏發(fā)出的電能可用于充電樁供電，也可用于站內(nèi)日常用電，同時(shí)將多余的電能通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存，做到零棄光，當(dāng)然監(jiān)控智能控制系統(tǒng)檢測(cè)到新能源電動(dòng)汽車(chē)充電數(shù)量過(guò)多、光伏發(fā)電存儲(chǔ)不足時(shí)，控制系統(tǒng)將會(huì)使用電網(wǎng)電能為充電樁充電。

光伏系統(tǒng)是由光伏組件經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)而成的光伏陣列，太陽(yáng)電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。

3.1.2、儲(chǔ)能系統(tǒng)

利用蓄電池組儲(chǔ)能，它是由一些性能大小相同的蓄電池單體通過(guò)串、并聯(lián)的方式組合而成的模組。蓄電池組作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的儲(chǔ)能裝置，其作用是將太陽(yáng)能方陣從太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，以供應(yīng)用。這里選用鋰電池，因?yàn)殇囯x子電池具有能量密度高、壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛在數(shù)碼便攜產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用，并且正逐步進(jìn)入新能源電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能電站等應(yīng)用領(lǐng)域。

3.1.3、充電系統(tǒng)

新能源電動(dòng)汽車(chē)的充電系統(tǒng)可以采用直流充電、交流充電和更換電池三種模式。直流充電方式是直接利用直流母線的電作為直流充電樁的電源，通過(guò)充電連接裝置直接給電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池充電。該方式充電電流一般為150-250A，充電速度快花費(fèi)時(shí)間短。

交流充電采用三相交流電為電動(dòng)汽車(chē)充電，一般功率在7-35KW之間，從無(wú)電狀態(tài)到充滿所需時(shí)間一般為8-10h。在低功率的交流充電模式下其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)動(dòng)動(dòng)力電池壽命影響和對(duì)電網(wǎng)沖擊都較小，但充電時(shí)間較長(zhǎng)，需長(zhǎng)時(shí)間占用固定停車(chē)位。

更換電池充電模式通過(guò)全自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行快速的電池更換實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電能的補(bǔ)給，電池更換時(shí)間一般只需2-10分鐘即可完成。同時(shí)，換電模式下的電池組可以充當(dāng)儲(chǔ)能電池為整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)供電，更好的利用能源。

3.1.4、監(jiān)控系統(tǒng)（含能量管理）

光伏電力監(jiān)控組態(tài)軟件搭建的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息共享、交換、傳輸?shù)裙δ?，滿足用戶中心數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，監(jiān)控到各單元狀態(tài)以及監(jiān)控光儲(chǔ)充系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)根據(jù)峰谷時(shí)段及用電情況控制能量流動(dòng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)。

3.2、電網(wǎng)能量智能控制技術(shù)，見(jiàn)圖1

新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏陣列于最大功率跟蹤（MPPT）點(diǎn)輸出直流電能，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備，儲(chǔ)能充電系統(tǒng)處于有功功率-無(wú)功功率（PQ）控制工作狀態(tài)，儲(chǔ)能充電樁可供電動(dòng)汽車(chē)充電，多余電能輸入大電網(wǎng)，光伏陣列發(fā)電不足時(shí)有大電網(wǎng)補(bǔ)充，其中最為核心的是控制中心—電網(wǎng)能量智能控制技術(shù)。

電網(wǎng)能量智能控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)的監(jiān)視、控制及優(yōu)化運(yùn)行。通過(guò)對(duì)各回路設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制，合理安排新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)的啟停、科學(xué)控制儲(chǔ)能充放電。通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏陣列發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷的各項(xiàng)電能參數(shù)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化控制，為系統(tǒng)可靠性運(yùn)行方案設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

4　結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目主要是利用停車(chē)場(chǎng)投資建設(shè)光伏車(chē)棚儲(chǔ)能充電樁一體化智能化的電網(wǎng)。新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)后供應(yīng)充電樁，不足部分由大電網(wǎng)補(bǔ)充，多余光伏電量存儲(chǔ)到儲(chǔ)能系統(tǒng)或輸送到大電網(wǎng)。

建設(shè)光儲(chǔ)充一體化智能新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充系統(tǒng)，不僅可以推動(dòng)開(kāi)發(fā)光伏行業(yè)的發(fā)展，緩解大電網(wǎng)新能源汽車(chē)充電樁供電負(fù)荷壓力系，統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高光伏發(fā)電的質(zhì)量和利用率，還可借助“光儲(chǔ)充”的技術(shù)特性使光伏發(fā)電與大電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、削峰填谷和實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車(chē)充換電時(shí)對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。

原標(biāo)題：新能源電動(dòng)汽車(chē)光儲(chǔ)充研究設(shè)計(jì)