安科瑞 劉邁

　　摘要：針對(duì)光伏儲(chǔ)能一體化電動(dòng)汽車充電站的繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)，需充分結(jié)合光伏發(fā)電、儲(chǔ)能充放電、充電樁與電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行特點(diǎn)，核心目標(biāo)是破解多電源結(jié)構(gòu)下保護(hù)動(dòng)作邏輯配合困難、系統(tǒng)運(yùn)維難以兼顧可靠與高效的關(guān)鍵問題。以下依托相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從保護(hù)需求、配置原則、控制要求及合規(guī)性等維度進(jìn)行剖析。

　　1 光伏儲(chǔ)能一體化充電站的電氣設(shè)計(jì)

　　電動(dòng)汽車充電站的電力負(fù)荷等級(jí)歸為三級(jí)，供電方案可采用單路 10kV 市政電源接入。站內(nèi)配電核心設(shè)備通常選用箱式變電站，該設(shè)備內(nèi)部劃分為三個(gè)獨(dú)立功能艙室，分別為高壓室、變壓器室與低壓室，整體用電容量常規(guī)區(qū)間為 630kVA 至 1250kVA。在分布式光伏系統(tǒng)配置方面，其裝設(shè)容量受限于充電站實(shí)際場(chǎng)地條件，安裝位置多選擇在站內(nèi)車棚頂部或周邊建筑的屋頂區(qū)域。儲(chǔ)能柜的容量確定需結(jié)合兩項(xiàng)關(guān)鍵因素：一是充電站日常充電負(fù)荷需求，二是項(xiàng)目整體投資預(yù)算。此外，光伏匯流柜、儲(chǔ)能匯流柜以及儲(chǔ)能柜等配套電氣設(shè)備，可集中布置在預(yù)制艙內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)整管理，相關(guān)電氣一次干線的連接方式可參考對(duì)應(yīng)圖示。

圖1.1 光伏儲(chǔ)能一體化充電站電氣干線示意圖

　　2 充電站繼電保護(hù)要求

　　光儲(chǔ)一體化充電站繼電保護(hù)相比傳統(tǒng)電站將會(huì)更為復(fù)雜，光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入使充電站供電結(jié)構(gòu)從單電源變?yōu)槎嚯娫矗瑢?dǎo)致短路電流的分布和方向發(fā)生變化。光伏逆變器、儲(chǔ)能PCS均為電力電子設(shè)備，其本身針對(duì)故障的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和斷路器的組合。

　　例如，變壓器低壓側(cè)短路時(shí)，電網(wǎng)和光伏、儲(chǔ)能可能同時(shí)向故障點(diǎn)注入電流，保護(hù)邏輯設(shè)置不合理可能誤動(dòng)或無法快速隔離故障。其次，傳統(tǒng)的低壓斷路器過流保護(hù)可能無法滿足各級(jí)保護(hù)選擇性要求，需確保故障發(fā)生時(shí)僅切除故障區(qū)域，避免因保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，影響充電站運(yùn)行可靠性。最后，繼電保護(hù)配置還需要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)于分布式電源接入電網(wǎng)的相關(guān)要求。

　　2.1 樁級(jí)保護(hù)

　　GBT51313-2018《電動(dòng)汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于非車載充電機(jī)（直流充電樁）的保護(hù)要求如下：“4.0.6非車載充電機(jī)應(yīng)具備交流輸入過壓保護(hù)、交流輸人過流保護(hù)、直流輸出過壓保護(hù)、直流輸出過流保護(hù)和內(nèi)部過溫保護(hù)等功能。"直流充電樁保護(hù)功能主要由直流充電樁內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)，可以結(jié)合GB51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》“13.5.5儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)、電動(dòng)車充電等場(chǎng)所的末端回路應(yīng)設(shè)置限流式電氣防火保護(hù)器。"要求，部分直流充電樁可加裝限流式保護(hù)器。

　　對(duì)交流充電樁要求“4.0.7 交流充電樁應(yīng)具備過負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)功能。交流充電樁漏電保護(hù)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分:通用要求》GB/T18487.1的有關(guān)規(guī)定。"結(jié)合《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，交流充電樁配置電氣防火限流式保護(hù)器，快速實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷、短路保護(hù)和漏電保護(hù)。

　　2.2 0.4kV回路繼電保護(hù)

　　光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器本身具備保護(hù)功能，不需要另外配置保護(hù)裝置。根據(jù)根據(jù)GB/T 19964《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》要求，在并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置防孤島保護(hù)裝置，在電網(wǎng)停電時(shí)動(dòng)作于跳開光伏和儲(chǔ)能并網(wǎng)斷路器，防止孤島運(yùn)行向電網(wǎng)送電。并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括電流/電壓/總諧波畸變率、電壓合格率、電壓波動(dòng)/閃變等，配置APView400電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。此外，為了滿足0.4kV保護(hù)選擇性要求，在發(fā)生故障時(shí)縮小故障范圍，可以在主要回路配置低壓保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)速斷、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、欠/過電壓保護(hù)、漏電保護(hù)等等。

　　2.3 10kV回路繼電保護(hù)

　　10kV進(jìn)線回路和變壓器分別配置線路保護(hù)裝置AM5SE-F和變壓器保護(hù)裝置AM5SE-T，如變壓器高壓側(cè)不設(shè)置斷路器，則在進(jìn)線處設(shè)置變壓器保護(hù)裝置。進(jìn)線保護(hù)和變壓器保護(hù)均應(yīng)設(shè)置帶方向的電流速斷、過流、過負(fù)荷保護(hù)，變壓器保護(hù)還需要配置非電量保護(hù)，包括溫度保護(hù)、開門保護(hù)，油浸式變壓器還需要設(shè)置瓦斯保護(hù)。

　　根據(jù)《電能質(zhì)量管理辦法（暫行）》和《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》，分布式電源用戶公共連接點(diǎn)還需要監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，需要配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置；如是自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)的用戶還需要設(shè)置防逆流保護(hù)或防逆流調(diào)節(jié)裝置。

　　2.4 協(xié)調(diào)控制器

　　協(xié)調(diào)控制器ACCU-100具備智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等功能之外，還具備新能源的使用策略控制功能，可以按照預(yù)設(shè)的邏輯控制光伏出力、儲(chǔ)能充/放電、充電樁充電控制以及負(fù)荷調(diào)節(jié)等功能，并與云端平臺(tái)進(jìn)行交互，響應(yīng)云端策略配置。

　　3 充電樁設(shè)備

　　安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設(shè)計(jì)，單樁最大充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁最大電流250A，滿足用戶快速充電需求。具備交流輸入過壓保護(hù)、交流輸人過流保護(hù)、直流輸出過壓保護(hù)、直流輸出過流保護(hù)和內(nèi)部過溫保護(hù)等功能

　　圖3.1 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁

　　除了分體式充電樁外，公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁，滿足各種場(chǎng)合的充電要求。

　　4 智慧能源管理平臺(tái)

　　AcrelEMS智慧能源管理平臺(tái)融合電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能，可以幫助光儲(chǔ)充一體化充電站提高供電可靠性，優(yōu)化能源使用策略，就地消納新能源發(fā)電，降低充電成本。

　　4.1 充電運(yùn)營(yíng)管理

　　安科瑞充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺(tái)支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖4.1 充電運(yùn)營(yíng)管理

　　4.2 光伏儲(chǔ)能能量管理

　　能量管理策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動(dòng)融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運(yùn)行前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負(fù)荷，短時(shí)柔性擴(kuò)容，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)。同時(shí)在不允許對(duì)電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖4.2 光伏、儲(chǔ)能、充電樁能量管理

　　4.3 有序充電管理

　　系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷率，計(jì)算變壓器剩余容量，結(jié)合充電需求和儲(chǔ)能系統(tǒng)放電容量對(duì)充電進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，包括：用戶權(quán)限識(shí)別、充電行為統(tǒng)計(jì)、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價(jià)格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求，提高電網(wǎng)對(duì)充電的友好度和容納能力。

圖4.3 有序充電管理

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　在光伏儲(chǔ)能一體化充電站的運(yùn)營(yíng)管理中，分層分級(jí)的保護(hù)與監(jiān)控機(jī)制是關(guān)鍵支撐，其不僅能顯著提升供電系統(tǒng)的可靠性，還能確保分布式電站嚴(yán)格符合運(yùn)行合規(guī)要求。在此基礎(chǔ)上，通過搭配智慧能源管理平臺(tái)與科學(xué)的新能源控制策略，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)充電效率與運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)成二者兼顧的優(yōu)化目標(biāo)。

　　其中，AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)展現(xiàn)出強(qiáng)勁的協(xié)同能力 —— 它與安科瑞旗下各類繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)控制設(shè)備深度聯(lián)動(dòng)，能夠突破地域限制，對(duì)分散在不同區(qū)域、數(shù)量龐大的各類充電站進(jìn)行統(tǒng)一化、精細(xì)化管理。同時(shí)，平臺(tái)可根據(jù)每個(gè)充電站的實(shí)際負(fù)載情況、能源供需特點(diǎn)定制專屬控制策略，從能源調(diào)度、設(shè)備運(yùn)維等多維度發(fā)力，最終推動(dòng)充電站朝著更清潔更有效的方向穩(wěn)定運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)：

　　國(guó)家電網(wǎng)能源研究院。新能源充電站智能運(yùn)管平臺(tái)技術(shù) [R]. 北京：國(guó)家電網(wǎng)能源研究院，2022.

　　[2] 德國(guó)智能微電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目組。分布式保護(hù)技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)踐 [C]// 2023 國(guó)際電力系統(tǒng)保護(hù)與控制會(huì)議論文集。慕尼黑：德國(guó)電力協(xié)會(huì)，2023: 678-685.

　　[3] 美國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目組。海底電纜故障保護(hù)技術(shù)及工程應(yīng)用 [J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, 37 (4): 2987-2995.

　　[4] 澳大利亞光伏電站項(xiàng)目組. 500kV 電網(wǎng)接入光伏電站的防孤島保護(hù)措施 [J]. IET Renewable Power Generation, 2023, 17 (9): 1870-1878.