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浅析电动汽车充电站配电设计实践

时间： 2021-07-02 发布人：范曼曼

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801

一、电动汽车充电站配电设计
1、高压接入点、高低压进出线方式
目前电动汽车充电站以建设于城区的为较多，这类电动汽车充电站高压理所当然从高压分接箱接入，进线采用电缆以电缆沟、排管、直埋方式敷设。但位于高速公路服务区、景区停车场的电动汽车充电站，则根据现场实际，大都从附近10 kV 公用架空线路T接，采用架空线路、电缆线路混合方式接入。而低压出线，目前无例外地采用电缆，沿场内预留电缆沟、排管敷设，至整流箱变或充电桩。
2、配电设施布置方式和地点
配电设施一般采用配电室、预装箱式、台架式等布置方式，但目前无论是电网公司公用电动汽车充电站项目，还是社会电动汽车充电站项目，都是采用预装箱式。因为目前电动汽车充电站建设都是在现有场地内进行的改造，都希望新增的高低压电力线路、配电设施、整流箱变及充电桩尽量不影响场地使用，所以占地少、布置灵活的预装箱式成为首先选择。
预装箱式布置，布置地点需要充分考虑高压进线方向、场地使用、负荷平台、两端出线合理等因素，花坛、坎地、角落，只要满足相关距离要求，都可布置。
3、高、低压计量方式和充电桩计费方式
电动汽车充电站根据不同产权和用途，其电价不同，其高压计量方式和充电桩计费方式也不同，一般有以下几种。
（1）属电网公司的公用充电站。一般在变压器低压侧安装考核计量装置，而在各充电桩安装计费装置，且按商业电价计取电费。
（2）属投资人独立产权、仅供其内部使用的充电站。显然，此类充电站只需按变压器容量安装高压（低压）计量装置，其电价则根据充电站用途确定，如公交车辆则为生活电价，营运车辆则为商业电价。各充电桩则可不安装计费装置，或安装内部考核计量装置。
（3）属投资人独立产权、供社会车辆使用的充电站。此类充电站需按变压器容量安装高压（低压）计量装置，其电价为商业电价。各充电桩安装计量装置，其电价为经地方物价局核准的定价。
4、充电机布置方式及交流配合
充电机分为集中方式和分散方式，其交流配合方式不同。
（1）集中方式指接入大功率交流电源，集中进行整流滤波（整流箱变），然后以直流方式（10 路左右）输出至各充电桩。此种方式要求新增的配电设施要有与之配套的大功率出线断路器，出线较少。
（2）分散方式指充电机就在充电桩内，接入交流电源后分散进行整流滤波，以直流方式直接输出。此种方式要求新增的配电设施要有与充电机数目相配套的交流出线断路器，出线较多。
二、电动汽车充电站配电设计的特殊问题
1、整流设备产生的谐波问题
电动汽车充电站的充电机在整流过程中，不可避免会产生谐波，势必影响电力系统安稳、稳定运行，需要予以解决。
当传统电容补偿柜无法满足现场使用要求时，需要配置专门的无功补偿与滤波设备满足功率因数及电能检测质量相关指标的要求。适用于高谐波条件下的无功补偿与谐波治理设备以无源型静止式补偿及滤波设备和有源型滤波补偿设备为代表，应按现场实际情况进行设计选型。
2、面向终端用户的智能支付问题
公用、面向终端用户的社会电动汽车充电站，都需要解决充电费用的智能支付问题。在终端充电机侧，应具备银行卡、支付宝、微信支付等“扫一扫”启动充电机功能，以及充电结束后的自动扣款功能。
显然，此类充电站须具备有线或无线网络通信、终端智能支付接入、充电机自动控制等硬件条件。
3、电缆敷设路径与方式配合问题
由于充电桩的分散性，充电站建设时会敷设大量电缆，然而充电站场地内必然会不断有车辆进出，因而需要考虑电缆敷设方式问题，以避免车辆碾压对电缆造成影响。当电缆穿过停车场时，需要采用电缆沟敷设，不可采用排管和直埋敷设方式，避免车辆碾压损坏场地时损伤电缆；当电缆围绕场地边沿敷设时，可选择任意敷设方式。
三、电动汽车充电站配电设计的发展
1、充电站供电容量的预留
仅从目前来看，政策允许住宅小区内安装个人充电桩，且多数厂家提供免费充电桩及安装，但事实上在小区物业管理上仍存在阻力，很重要的原因是没有多余的供电容量用来充电。因为目前成熟的住宅小区规划时根本没有考虑电动汽车充电负荷。
所以，新建住宅小区，建议按小区车位数的一定比例、单个充电桩负荷，预留今后小区电动汽车充电站的供电容量，至少应预留高压接入点，等条件成熟再建设小区电动汽车充电站。
2、低谷电的合理利用
从目前汽车的使用规律看，大多数电动汽车充电完全可控制在电网低谷时段。如此，便可充分利用目前住宅小区现有配电设施而无需另外大量投资，同时改善电网运行工况，车主也可节省充电费用。
3、配电设施布置的较优方式
前述已说明，目前电动汽车充电站配电设施都采用了预装箱式。事实上，以专业的角度来看，较优方式应该是配电室方式，因为从电动汽车发展前景来看，其数量必然是越来越大，而且充电站也必定是一个长久建筑。故而在今后充电站规划建设时，都应从长远看，在规划、土地等方面，按配电室进行预留。
四、安科瑞充电桩运营管理平台
1、系统架构

安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：
资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表
用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理
充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等
微信小程序：扫码充电，账单支付等功能
数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析
变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。
2、平台功能
2.1平台登录
在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

2.2平台首页
平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

2.3实时监控
l 充电站监控
充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。

l 充电枪监控
充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。

2.4微信小程序
l 搜索与使用
微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示

l 授权登录界面
用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：

l 主功能页
初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。

l 充电
扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。

l 个人信息

个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能

3、硬件配置
3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

序号	名称	型号、规格	单位	数量	备注
1	数据服务器	DellR730CPU:E5-2620内存:32G硬盘容量:4*1.2T(SAS1万转2.5英寸小盘)RAID5	台	1	甲供，供参考
2	WEB服务器	DellR730CPU:E5-2603内存:16G硬盘容量:3*300G(SAS1万转2.5英寸小盘)RAID5	台	1	甲供，供参考
3	操作系统	WindowsServer2012R2	套	2	甲供，供参考
4	数据库	MySQL	套	1	甲供，供参考
5	网络交换机	华为（HUAWEI）S1728GWR-4P-AC，24口千兆交换机	台	1	甲供，供参考

序号	点数	数量	名称	CPU资源	硬盘	带宽	操作系统版本
1	<1000点	1台		4核16G	数据盘150GSSD	5M	WindowsServer2012数据平台版64位
2	<5000点	2台	应用服务器	4核16G	数据盘150GSSD	6M	WindowsServer2012数据平台版64位
2	<5000点	2台	数据服务器	4核16G	数据盘200GSSD	1M	WindowsServer2012数据平台版64位
3	<10000点	2台	应用服务器	8核32G	数据盘50GSSD	10M	WindowsServer2012数据平台版64位
3	<10000点	2台	数据服务器	4核16G	数据盘400GSSD	1M	WindowsServer2012数据平台版64位

若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：
3.2现场推荐硬件配置清单：

序号	名称	型号、规格	单位	数量	备注
1	7kW交流充电桩	AEV-AC007DB（L）1	只		安科瑞
2	40kW交流充电桩	AEV-AC040DB（L）A	只		安科瑞
3	60kW直流一体充电桩	AEV-DC060SLA	只		安科瑞
4	120kW直流一体充电桩	AEV-DC120SLA	只		安科瑞
5	180kW直流分体式充电桩	AEV-DC180FA	只		安科瑞
6	360kW直流分体式充电桩	AEV-DC360FA	只		安科瑞
7	分体式充电终端	AEV-DCFZ	只		安科瑞
8	无线表	ARCM300T	只	1	安科瑞（如需变压器监控）

参考文献
[1] 何涛.电动汽车充电站配电设计实践
[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

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