海南电网电动汽车充电站设计浅析[1]概要

2010年第09期 (总第124期)沿海企业与科技 NO.09,2010(CumulativelyNO.124) 海南电网电动汽车充电站设计浅析 云天吉，翁莎莎 ［摘要］随着能源问题和电动汽车的发展，智能电网中电动汽车的充电站建设进入新阶段。文章简要分析海南充电站的主要技术特征，阐述充电站建设对海南电网存在的问题及解决途径。 ［关键词］电动汽车；充电站；电力系统；解决方法 ［作者简介］云天吉，海南省电力设计研究院，研究方向：变电二次设计专工，海南 调度通信中心，海南海口，570203 ［中图分类号］U469.72［文献标识码］A［文章编号］1007-7723（2010）09-0022-0003570203；翁莎莎，海南电网海口， 补贴等政策的引导下，百姓容易接受旧车改造或 购买新能源汽车的新理念。随着环保问题吸引越来越多的关注，石油资国际旅游岛建设为新能源汽车产业提供了新源越来越紧张，人们将目光逐渐从汽油动力能源的发展机遇。建设生态岛是国际旅游岛建设的重汽车转向电动汽车上来。蓄电池技术的快速发展，点内容之一，新能源汽车的发展又是生态岛建设以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车工业的重要方面。推广使用新能源汽车也将成为海南发展已经成为必然的趋势。国际旅游岛的一张名片。同样，国际旅游岛建设势 二、海南省发展新能源汽车的独特优势必会大大增强海南省在国际上的知名度和美誉 度，也会给新能源汽车产业的发展带来更多的投海南建设国际旅游岛已上升为国家战略，建 资机遇。设生态岛是国际旅游岛建设的重要内容之一，新 海南海马汽车有限公司可成为新能源汽车推能源汽车的发展又是生态岛建设的重要方面。海 南电网作为海南国际旅游岛绿色电力的引导者，广使用的重要平台。海马公司从2006年起就开始 “纯电动汽车制造关键研发新能源汽车，承担863应加强新能源汽车及充电站配套服务网络规划建 技术研究”等课题，具有一定的技术基础，便于和设的力度，切实树立海南电网作为国际旅游岛绿 其他汽车制造厂以及电动汽车生产企业对接。色电力引导者的地位及形象。 海南省海口市获批国家第二批节能与新能源海南岛面积与目前的电动汽车技术发展状况 汽车示范推广试点城市。海口市计划2009年至相吻合，具备良好的切入点。目前电动汽车续航里 2012年示范运行1000辆电动汽车，各类充电站程较短，基本在300公里左右，而海南岛东西-南 ）230个，主要涵盖公交、公务、出租、景区、租赁北距离与这个里程吻合，正适合在当前技术条件（桩 下推广和应用。和公用服务6大领域。2009年主要在公交系统推 海南岛相对封闭的汽车运行特点和独特的交2011年在出租车领域开展试点运营，2012广运营， 通管理模式有利于充电站的建设管理和电动汽车年在公务车领域推广运营。示范运行成功后，将在的推广普及。由于独特的岛屿特点，海南省内的汽全省范围开展推广工作。 车（包括公车和私车）一般都不出岛或出岛率不三、电动汽车能源供给方式高，不与其他省份发生关系，容易形成相对独立完 对于能源供给方式的选择，现今普遍存在整车善的充电或替换电池系统（统一标准，像原来换液 充电系统(包括常规充电、快速充电两种模式)和地化气罐一样方便）。相比之下，其他省份除公交车 面充电系统两种模式。外，其他车辆会经常出省运行，需要各省都配备完 （一）整车充电系统善的充电系统才有可能被车主或单位接受，这在 常规充电蓄电池在放电终止后，应立即充电短期内实现较为困难。海南岛内的车辆一般不出 (在特殊情况下也不应超过24h)，充电电流相当岛，岛内充电和服务系统又容易完善，在政府政策22一、引言 低，大小约为l5A，这种充电方式称为常规充电(普通充电)。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5～8h，甚至长达10～20h。 常规充电模式的优点为： 1.尽管充电时间较长，但所用功率和电流的额定值并不关键，因此充电器和安装成本比较低； 2.可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本； 3.可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运行需求时难以满足。 （二）整车充电系统 常规蓄电池的充电方法一般时间较长，给实际使用带来许多不便。为了缩短蓄电池达到满充状态的时间，尽量降低蓄电池正负极板的极化，以提高蓄电池使用效率，国内外一直都在不断地研究和开发快速充电方法和技术。快速充电电池的出现，为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min～2h，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150～400A。 快速充电模式的优点为：1.充电时间短； 2.充电电池寿命长(可充电2000次以上)；3.没有记忆性，可以大容量充电及放电，在几分钟内就可充电至70％～80％； 4.由于充电在短时间内(约为10～15min)就能使电池储电量达到80％～90％，与加油时间相仿。因此，建设相应充电站时可不配备大面积停车场。 但是，相对常规充电模式，快速充电也存在一定的缺点： 1.充电器充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高； 2.由于采用快速充电，充电电流大，这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求，同时计量收费设计也需特别考虑。 （三）地面充电系统 地面充电系统又称机械充电，通过电池租赁方式，直接更换电动汽车的电池组。蓄电池更换站为续驶里程长而又没能及时充电的客户提供更换蓄电池的服务，对卸载下的电池采用地面充电系统进行补充充电。在这种模式下，备用电池组存储空间及如何真正实现电池快速更换是问题考虑的 关键。由于电池组重量较大， 更换电池的专业化要求较强，更换站需配备专业人员借助专业机械来 快速完成电池的更换、 充电和维护。采用这种模式，具有如下优点： 1.电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性； 2.对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性； 3.从另一个方面看，解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题； 4.由于电池的更换、充电和维护工作由专业人员完成，可以及时发现电池组中单电池的问题，进行维修，对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。 这种模式面临的最大障碍不是技术上的，而是管理上的，要解决的几个主要问题是：电池与电动汽车的标准化、电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理，以及电池的流通管理等。 以上3种充电模式各有自身的特点和适用范围。在实际应用中，可以将上述三种方法进行有机结合，以达到每天的行驶要求，即设计车辆续驶里程适中，满足车辆技术、经济和运营的需要。在实际的运行中，以一定的实际放电深度为基准，能满足下一个往返需求的，则继续行驶；电池容量不能满足要求而时间允许的，可进行快速充电；时间紧的，可进行电池快速更换。但这种综合运行方案在电池剩余能量测量技术不成熟的情况下，必须建立每辆车的行驶档案，以便估计车载电池的剩余电量情况。而多种方案相结合，对于运营的组织和管理也将带来一定的难度。 四、充电站对电力系统的影响及解决途径 （一）充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现状 电动汽车充电站运营时需要高功率的电力供应支撑，在进行充电站布局规划时，应与电力供应部门协调，将充电站建设规划纳入城市电网规划中。城市电网规划是城市电网发展和改造的总体计划。将充电站布局规划纳入到城市电网规划中，可以提高充电站电能供应的安全性和稳定性，为充电站运营提供可靠的电力供应保障。 另外，由于电动汽车充电设备是一种非线性负荷，工作时产生的谐波电流很高，谐波注入电网会造成电能质量降低等负面影响。在充电站快速 23 短时充电时，由于负荷变化太快，冲击电压也可能对电网造成影响。这些都需要在建设充电站时予以考虑。 （二）峰谷平衡 城市用电高峰集中在白天，晚上是用电低谷， 而电动汽车采用白天行驶、 夜间充电的运行方式，有利于电网的峰谷平衡，改善电网负荷特性，减少为维持电网低负荷运转而引起的调峰费用。海南电网公司在推广电动汽车的发展上可以采取对电动汽车充电优惠政策，促进电动汽车可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电。这样对车主的优惠，对电网的平衡，对盈余电力的消费都将起到很大的作用。 电动汽车的充电方式对电网的峰谷平衡起到了很大的作用，可以很大程度地提高企业的效益，电动汽车的推动将为电力市场拓展奠定坚实的基础。 （三）谐波污染 由于电动车辆的充电设备，在国内目前还没有统一的国家标准，对充电设备的技术安全要求，特别是对电网的电能供给质量的安全保障要求，并没有规定和标准，对此进行了比较深入的研究和探讨。 电动汽车的投入使用，必然要增加相应的充电设备，而充电机对电动汽车充电时，由于直流电流在交流三相之间不断地换相而产生谐波。 电动汽车充电站属于谐波源负荷。会产生谐波电流注入公用电网，影响电网电能质量水平，因此需要采取措施抑制谐波电流注入，确保电能质量和电力系统的安全、经济运行。 为减少供电系统的谐波问题，一般从管理上和技术措施上采取以下几方面的对策： 1.贯彻执行有关谐波的国家标准，加强谐波管理。认真贯彻执行有关国家标准关于限制谐波的规定，就能从总体上控制供电系统中的谐波水平，保证供电系统供给优质的电力。 2.增加换流装置的相数。换流装置是供电系统的主要谐波源之一。现有充电机为6脉动不控整流负荷，低次特征谐波电流(5、7次)含量较大。为抑制低次谐波电流，需要充电机厂家进行升级，采用多重移相叠加技术增加脉动数。为利用现有充电机，以小成本获得谐波抑制效果，可在充电站进线改装双二次绕组的整流变压器，2个二次绕组接线角差30°，充电机成对接入不同的二次绕组 24 并保证成对运行，可以保证部分抵消5、7次特征谐波，从而大大地降低谐波电流的有效值。 3.增装动态无功补偿装置，提高供电系统承 受谐波的能力。在技术经济分析可行的条件下， 可以在谐波源处装设动态无功补偿装置、静止无功补偿装置或更先进的静止同步补偿装置。 4.加装滤波装置(包括无源滤波和有源滤波装置)。 五、结语 在新能源汽车技术上，我国与先进国家具有的 水平差距不大，值得在市场上去争拼，国家加大力度推广新能源汽车进入市场化的应用。对电网企业而言，充电设施的建设、营运前景如何很难判定，但是作为国家的一项节能、环保政策，国企的 职责在所难免。因此，