劉印楠

摘 要：我國的能源緊缺情況十分嚴(yán)重，而汽車行業(yè)對能源的消耗量比較大，所以汽車行業(yè)開始使用新型的電力能源，使電動汽車得到廣泛的應(yīng)用。在對電動汽車進(jìn)行推廣的過程中，需要對配電系統(tǒng)和充電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)性的規(guī)劃，才能促進(jìn)我國電力汽車的快速發(fā)展。本文對電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行分析，并就充電樁的設(shè)計進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng) 電動汽車 充電網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)規(guī)劃

中圖分類號：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0102-02

要全面地推廣電動汽車，就需要先解決汽車的充電問題，這就涉及到配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃。其中，最關(guān)鍵的就是充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以及對充電樁的設(shè)計。有效地解決這個問題，促進(jìn)電力汽車的推廣，從而緩解我國的能源緊缺問題。

1 充電基礎(chǔ)設(shè)施分析

1.1 快速充電站

由于電動汽車的電池在使用一段時間后就會老化，使汽車的電力供應(yīng)不足，所以車主通常會將分散式充電樁作為汽車的電能補(bǔ)充。但是，在車主用車過程中，可能會出現(xiàn)電力不足需要充電的情況，但又不可能花太多的時間去等待充電，這就需要快速充電站來完成充電工作。比如，某車主從A地行駛電動汽車到B地，里程總共為460km，當(dāng)行駛到300km時，電動汽車的電量就只剩下20%，無法支撐到目的地，所以需要在途中充電?？斐湓O(shè)備能夠補(bǔ)充電能，對電動汽車進(jìn)行能量補(bǔ)給。假定電動汽車不會對車主的出行造成影響，每個快速充電站中，待充電車輛的平均到達(dá)率與其截獲的交流流量是成正比關(guān)系的，則其帶充電車輛的平均 達(dá)到率，會受到多種因素的影響。比如，快速充電站的候選站地址、在某個時間段和交通高峰期待充電車輛的平均達(dá)到率等。而電站的服務(wù)水平，會在很大程度上受電動汽車普及程度的影響?？焖俪潆娬镜姆?wù)水平，主要受交通高峰時段平均每個車主充電時間的影響。所以，在設(shè)計快速充電站中充電設(shè)備的數(shù)量時，要以車主平均充電時間不會超過設(shè)定的閾值為原則。比如，有4個快速充電站，1號和2號快速充電站的實際位置分別為N（a）和N（b）。3號和4號快速充電站的位置分別為N（c）和N（d），快速充電設(shè)備的數(shù)量分別為C和D。其中，N（a）表示此快速充電站在配電系統(tǒng)中的實際節(jié)點編號為N，在交通網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點標(biāo)號為（a），后面的位置依次類推。則在對這對快速充電站中充電設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行配置時，1號、2號、3號和4號配置的數(shù)量分別為A、B、C、D。

1.2 分散式充電樁

在電動汽車的能源補(bǔ)給方式中，分散式充電樁是最主要的方式，電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)中的充電服務(wù)水平，受分散式充電樁布局合理性的影響比較大。通常情況下，在確定每個節(jié)點的充電需求時，可將分散式充電樁的數(shù)量作為確定的依據(jù)。第一個公式為，；第二個公式為，。其中，表示分配系統(tǒng)節(jié)點的充電頻次需求；為應(yīng)配置的分散式充電樁數(shù)量；為配電系統(tǒng)充電頻次的總需求；為選擇將分散式充電樁作為能源補(bǔ)給方式的比例；為在時段內(nèi)，配電系統(tǒng)節(jié)點在處所停放的電動汽車數(shù)量；為配電系統(tǒng)中節(jié)點的集合；T的取值范圍為從1到24的整數(shù)，是一天24小時的時段結(jié)合；則表示每個充電樁每天的平均服務(wù)次數(shù)。通過分散式充電樁而引入的配電系統(tǒng)中，每個節(jié)點在不同時段的充電功率和容量，可以通過相應(yīng)的關(guān)系來計算。即可以通過關(guān)系式

和

來計算。其中；表示分散式充電樁引入的配電系統(tǒng)節(jié)點在時段的充電功率；表示分散式充電樁引入的配電系統(tǒng)節(jié)點在時段的容量；表示平均充電的時間長度；表示分散式充電樁的額定充電功率。

2 充電樁設(shè)計分析

2.1 外形設(shè)計

在設(shè)計充電樁的外形時，不能影響到充電樁的安全防護(hù)功能，內(nèi)部的電氣保護(hù)設(shè)備，要能夠?qū)芈菲鸬接行У谋Ｗo(hù)作用。同時，在對充電樁的外觀進(jìn)行設(shè)計時，要保證其擁有一定的美觀度，為電力企業(yè)樹立良好的外在形象。而充電樁的外殼材料要比較堅固，其室外保護(hù)等級不能低于IP54。此外，還應(yīng)安裝空氣開關(guān)，為輸入防雷器的空氣開關(guān)，且要具備直流漏電保護(hù)功能。安裝緊停按鈕，可在緊急情況下及時停止充電操作，還需要安裝交流熔斷器充電連接器。

2.2 功能設(shè)計

在對充電樁進(jìn)行功能設(shè)計時，主要包括以下幾方面：第一，安全防護(hù)功能，比如，在充電樁中采取過流、過壓、過溫、防雷保護(hù)等措施，對線路中的相應(yīng)異常情況起防控作用，從而達(dá)到對充電樁進(jìn)行保護(hù)的目的。第二，設(shè)計緊急停止功能，系統(tǒng)可自動對充電連接器進(jìn)行分析，判斷充電電纜的連接是否合理、安全，從而保證在電動汽車連接到交流充電電樁時，充電樁能夠正常地進(jìn)行充電啟動。當(dāng)兩者的連接不正確時，充電樁就不會正常啟動充電。第三，充電樁要能夠計量計費，所以要在其中安裝電能計量裝置，實現(xiàn)其與主控器之間的通信。最后，后臺系統(tǒng)要能夠?qū)⑵嚨腂MS系統(tǒng)信息進(jìn)行上傳，所以充電樁要具備信息傳輸功能。

2.3 交流充電樁設(shè)計

在對充電樁進(jìn)行高壓設(shè)計時，主要采用SF6絕緣開關(guān)柜，其中所包含的單元主要有三個，即進(jìn)、出線負(fù)荷開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)熔斷組合。在低壓部分安裝掛接式的系統(tǒng)，母線不打孔，進(jìn)線開關(guān)要具備隔離功能，所以一般選擇熔斷式的開關(guān)。高壓設(shè)計部分，要選擇完全絕緣的高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，帶電部分和開關(guān)要用封閉在不銹鋼外殼中，這樣就可避免受到外界因素的影響。所以，不需要再安裝加熱器，也不用擔(dān)心會出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象，從而保證充電樁能夠正常使用。

3 協(xié)調(diào)規(guī)劃

為確保配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)之間的規(guī)劃具有協(xié)調(diào)性，就需要做到以下幾點：第一，投資和系統(tǒng)網(wǎng)損最小，在實際的規(guī)劃過程中，所投入的成本會影響充電網(wǎng)絡(luò)在實際運行中所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。所以，在對配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃時，要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。根據(jù)相關(guān)研究，影響投資成本和系統(tǒng)網(wǎng)損的因素主要有四點，第一是配電線路在建設(shè)過程中所花費的成本；第二是快速充電站建設(shè)所投入的成本；第三是系統(tǒng)網(wǎng)損的成本；最后是變電站擴(kuò)充容量需投入的成本。所以，在實際的網(wǎng)損值計算中，要采用多時段潮流計算，在計算過程中還需引入虛擬時段值。此外，投資企業(yè)還要對自己的投資成本、系統(tǒng)的網(wǎng)損情況、快速充電站所截獲交通流量等進(jìn)行對比，這樣才能了解到快速充電站在每年中所截獲的交通流量實際值，從而為具體的規(guī)劃方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在對比過程中，同樣需要建立其相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，以確保對比結(jié)果的準(zhǔn)確性。一些投資商還建立測試系統(tǒng)，采用54節(jié)點配電系統(tǒng)與25節(jié)點交通網(wǎng)絡(luò)的耦合系統(tǒng)對相關(guān)的協(xié)調(diào)規(guī)劃模型進(jìn)行驗證，以便確定模型的可靠性，可用于對配電系與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃，并確保其協(xié)調(diào)規(guī)劃具有實際的操作意義。

4 結(jié)語

綜上所述，電動汽車的能源補(bǔ)給方式主要是通過兩種形式進(jìn)行的，一種是分散式充電樁，一種是快速充電站。同時，還需要對充電樁的外觀、功能和交流充電樁進(jìn)行合理的設(shè)計，以確保配電系統(tǒng)與電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)規(guī)劃科學(xué)合理，并能盡可能地減少投資商的投資成本，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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