電動汽車充電設施的設計與建設

潘 熙，李 芳

（揚州供電公司，江蘇 揚州 225001）

電動汽車充電設施的設計與建設

潘 熙，李 芳

（揚州供電公司，江蘇 揚州 225001）

電動汽車是一種發展前景廣闊的綠色交通工具，是解決能源和環境問題的重要手段。電動汽車充電站作為電動汽車能源補給站，是發展電動汽車所必須的重要配套基礎設施。結合已建成投運的揚州吳州路電動汽車充電站實際情況，介紹了吳州路電動汽車充電站內的CEV1000智能充電運行管理系統的功能及組成，對未來電動汽車商業運營管理模式進行探討。

CEV1000智能充電系統；交流充電樁；電動汽車充電站

汽車的能源消耗和廢氣排放的日益增加，是造成全球石油危機和溫室效應的主要原因之一，因而，發展新能源汽車迫在眉睫。電動汽車代表了新能源汽車發展的方向。在此背景下，國家電網公司大力推進電動汽車充電設施的建設，從2009年開始制定建設方案，到2010年全面啟動建設。揚州供電公司與國家電網公司電力科學研究院鼎力合作，于2010年4月建設完成了江蘇揚州市第一座電動汽車充電站——吳州路電動汽車充電站。

1 設計思路

揚州吳州路充電站設計過程中，國家電網公司電力科學研究院與揚州供電公司按照國家電網公司頒布的《電動汽車充電設施典型設計》要求，采用最新研制的CEV1000智能充電運行管理系統的先進技術和設備，完成了揚州吳州路電動汽車充電站的設計方案。

2 充電站簡介

揚州吳州路充電站坐落在吳州東路、智谷產業園附近，是江蘇省深化設計的第一座充電站，也是首座集充電站、供電營業廳于一體的充電站。充電站內建有3臺大型直流充電機、4臺中型直流充電機、10個交流充電樁，可同時為17輛車提供快、慢2種充電方式的充電。揚州吳州路電動汽車充電站自投運以來，充電設施運行安全可靠，為用戶提供智能化充電，實現自動化管理。

揚州吳州路電動汽車充電站的建成，為具有行駛零排放、低噪音、低能耗的電動汽車產業發展提供了平臺，并為其他城市今后建設電動汽車充電站提供了標準和樣板。

3 智能充電運行管理系統

揚州吳州路電動氣車智能充電運行管理系統分為：充電系統、配電監控系統、安防系統、計量計費系統、有源濾波裝置及直流電源系統。系統構成如圖1所示。

圖1 CEV1000智能充電運行管理系統構成

3.1 充電系統

電動汽車充電站的充電系統是充電站重要的組成部分，主要設備有包括CEV1100交流充電樁和CEV1200直流充電機。揚州吳州路電動汽車充電站配備了3臺大型充電機（其中包括設計容量為700 V/300 A充電機一個，500 V/400 A充電機2個），4臺中型充電機（設計容量為500 V/200 A）和10臺交流充電樁（220 V/5 kW），可以供17輛左右的公交車和小型工程車充電。

CEV1100系列交流充電樁是一種利用專用充電接口為具有車載充電機的電動汽車提供交流電能的電動汽車專用充電裝置。主要功能包括：充電控制功能、人機交互功能、計量計費功能、狀態量采集功能、模擬量采集功能、通信監測功能、保護功能、輔助功能等。交流充電樁是目前乃至以后相當一段長的時間內，小型電動汽車的主要充電方式，可應用在各種大、中、小型電動汽車充電站中，并可很方便的安裝在各種公共場所、單位內部及小區內部停車場內。

CEV1200系列直流充電機是根據采用鋰動力電池電動車輛的充電需求而專業設計生產的。該產品采用國際先進的軟開關技術，具有轉換效率高、輸出電流穩定、可靠性高、壽命長等特點，具有反接保護、短路保護、低壓保護、過壓保護、過熱保護等功能。采用模塊化設計，具有強大的容錯性。操作界面使用圖形化的觸摸屏。具有CAN現場總線，能完成與電池管理系統（BMS）、充電樁和電力后臺監控系統實時通信，從而對鋰動力電池的充電進行優化和可靠的保護。

充電機主要由充電機控制器、整流設備、直流充電樁、計量計費設備等組成，總括為整流柜和充電樁2部分。整流柜和直流充電樁之間通過通信來協調工作，直流充電樁的人機交互功能接受工作人員或者車載BMS軟件的命令，控制整流柜輸出的電流電壓等參數，通過直流充電樁上的接口完成對電動汽車的充電。

3.2 配電監控系統

CEV1300配電監控系統作為全站的運行管理中樞，是保障安全穩定供電的核心部分。具體分為充電站后臺監控系統和配電保護測控系統。揚州吳州路電動汽車充電站監控后臺配置3臺主機，1臺服務器，都配有CEV1000智能充電運行管理軟件。

充電站監控后臺主要完成采集、處理、存儲來自充電機及配電系統監控的數據，提供圖形化人機界面及語音報警功能，完成系統的數據展現及下發控制命令，用以監控充電機及配電系統的運行；除配電站監控SCADA功能外，還提供針對充電站系統的諸如智能負荷調控等高級應用功能，為充電站安全、可靠、經濟運行提供保障手段。CEV1300充電站監控后臺系統主要面向大中小型電動汽車充電站監控后臺系統、配電監控中心、中小型變電站監控系統及樓宇自動化等應用。

CEV1300系列充電站配電保護測控系統應用范圍廣泛，可廣泛應用于各種大、中、小型規模的電動汽車充電站，既能構建保護、監控相對獨立配置的充電站配電自動化系統，也能構建保護監控一體化配置的充電站配電自動化系統。配電保護監控系統又分為保護裝置、測控裝置和備自投裝置，能實時全面的對整個充電站的配電系統進行監控，保障充電站內用電安全。

3.3 安防系統

揚州吳州路電動汽車充電站中配備了一套完整的CEV1500安防系統，它由攝像機、紅外報警器、煙感報警器、門禁系統、輔助燈光、聲光報警器、連接電纜、監控屏柜、嵌入式硬盤錄像機、液晶顯示器、報警主機、綜合電源、網絡交換機、監控終端等設備組成。安防系統完成充電站的視頻監控以及消防、門禁和周界安全的監控，通過通信管理機獲取配電系統監控及充電機的相關告警信息，用以完成視頻聯動監控。設備具備良好的屏蔽功能和抗強電磁干擾能力，整套系統采用標準化、網絡化、免維護式結構，具有高度的可靠性和安全性，完全可以保證充電站內安全運行，保證防火防盜。

(5)取少量溶液于試管中,加入過量Ba(NO3)2溶液,靜置,取上層清液,滴加稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,產生白色沉淀,則說明溶液中有Cl-

3.4 計量計費系統

揚州吳州路電動汽車充電站中配備的CEV1600計量計費系統既能為用戶提供IC卡發卡、充值、管理、支付的操作環境及歷史記錄，也能提供精準的端口電量計量（有功、無功），并提供分時計量功能，存儲總計、尖峰時段、高峰時段、平時段、谷時段電能量。

系統具體分為IC卡管理系統、計量管理機和多功能電能表。IC卡管理系統中發卡子系統為用戶發放充電卡號數字序列號唯一的IC卡，系統同時記錄用戶的詳細信息，為用戶提供充值、掛失、補辦、銷戶等各項相關服務的全面處理。

計量管理機按設定的定時采集時間間隔對電能表數據進行采集、存儲，并在主站召測時發送給主站。同時可監測電能表運行狀況，包括：電能表參數變更、電能表時間超差、電能表故障信息、電能表示度下降、電能量超差、電能表飛走、電能表停止等參數。

多功能電能表具有正向有功電能、反向有功電能計量功能，能存儲其數據，并可以據此設置組合有功；具有分時計量功能，有功電能量按相應的時段分別累計，存儲總計、尖峰時段、高峰時段、平時段、谷時段電能量；能夠測量、記錄、顯示當前電能表的電壓、電流（包括零線電流）、功率、功率因數等運行參數。測量誤差（引用誤差）不超過±1%。

3.5 有源濾波裝置

諧波和無功是關系電網質量的2個重要指標，兩者的存在對電網或相關設備產生嚴重的影響和危害。諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，另外降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波電流流過中性線會導致中線過熱甚至發生火災。諧波電流在輸電線路上的壓降會使用戶端的電壓波形產生嚴重的畸變，影響電氣設備的正常工作。

CEV1700有源電力濾波器（APF）是一種向系統電網注入補償諧波電流以抵消負載所產生的諧波電流的主動式濾波裝置，其最大特點是能迅速的動態跟蹤補償隨機的諧波電流。它的使用可徹底改變常規無源濾波器的工作局限性，使單節點多裝置并存、靜態、單調諧諧波治理發展為單節點單裝置、動態的諧波綜合治理。CEV1700濾波器的諧波綜合補償率高于80%，這是無源濾波裝置所無法比擬的。

相比于傳統的無源型濾波器，CEV1700濾波器功能和濾波性能都大大提高，但同時裝置成本也高于無源型濾波器。為了滿足用戶對濾波成本效益的要求，CEV1700濾波器設計為可以和傳統的無功補償電容（或無源型濾波器）聯合工作，這樣，既可以達到提高濾波效率目的，又減少了用戶的資金投入。

3.6 直流電源系統

直流電源系統主要包含蓄電池、充電機、絕緣監測等設備，為10 kV開關操作機構、站內保護測控裝置、通信設備、逆變電源等直流用電設備提供電能。該系統將整流器、微機監控系統、調壓裝置、饋出分路、保護告警回路、絕緣監測、蓄電池檢測及開關量檢測單元等有機地結合在一起，通過計算機實現自動管理，自動設定并管理各種類型電池的均充電、浮充電、放電、恒壓恒流充電的運行，以及通過計算機完成自動調壓、投切、故障報警、絕緣報警、信號輸出、遠程控制等操作，并能通過調制解調器、電力載波等其他傳輸設備完成遙測、遙信、遙調、遙控，實現遠程集中監控管理。系統的具體電氣參數有蓄電池容量、輸入電壓、輸出電壓、輸出回路數、輸出電流等，需根據充電站的實際直流設備負荷來進行選擇。

4 未來電動汽車商業運營管理模式的探討

在電動汽車的應用中，電動汽車充電設施是電動汽車商業化的基礎配套設施，其作用等同于目前燃油汽車的加油站，只有具備了性能優良、服務完善的充電設施服務網絡，電動汽車產業的發展才能得到進一步的推進。

未來，為方便電動汽車用戶的使用，同時對充電設施實施標準化、統一化、商業化管理，將成立專門服務于廣大用戶的電動汽車商業化運營管理公司，該公司是國家電網公司與電動汽車用戶之間的服務供應商，電動汽車商業運營公司從國家電網公司購得電力，再連同本身提供的充電、換電的服務一同銷售給電動汽車用戶。

同時，電動汽車商業運營公司將自身定位為電動汽車能源供應商，主要完成充換電站和充電樁的監控及設備檢修，對充換電設施運行情況進行監視，對換電站的電池進行物流倉儲管理，同時為用戶辦理相關業務，按照用戶使用的電池電量進行費用結算，管理智能電卡的發行及費用結算。

為了實現電動汽車商業化運行管理，目前還面臨著很多技術難關，如：充換電站運營和收費如何與電網協調？如何對充電站和交流充電樁進行統一監控？如何對電動汽車電池進行物流調度等，還有很多問題亟待解決。

未來電動汽車的發展前景廣闊。目前我國的電動汽車充電設施產業面臨著良好的機遇與巨大的挑戰，相信隨著國家相關政策的不斷出臺，電動汽車產業會更加蓬勃發展。

5 結束語

揚州在“十二五”期間將建設30座電動汽車充電站，其中大型電動汽車充電站10座，中型電動汽車充電站10座，小型電動汽車充電站10座，將形成連接城市東西南北的電動汽車充電網絡。揚州吳州路電動汽車充電站的成功投運，為今后江蘇省充電站的建設提供了寶貴經驗。

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［1］劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

［2］劉振亞.智能電網知識讀本[M].北京：中國電力出版社，2010.

［3］張文亮，武斌，李武峰，等.我國純電動汽車的發展方向及能源供給模式的探討[J].電網技術，2009，33（4）：1-5.

［4］辛克偉，周宗祥，盧國良.國內外電動汽車發展及前景預測[J].電力需求側管理，2008，10（1）：75-77.

Design and construction of electric vehicle charging facilities

PAN Xi,LI Fang
（Yangzhou Electric Power Supply Company,Yangzhou 225001,China）

The electric vehicle is green transportation with a wide development prospect,is the important means to solve energy and environmental problems.The electric vehicle battery charging station as the electric vehicle energy supply station,is necessary important supporting infrastructure to develop the electric vehicle.Combined with the actual situation of completed electric vehicle charging station at Wuzhou Road Yangzhou City,this paper intro?duces function and composition of CEV1000 smart charging opera?tion management system in WuZhou electric vehicle battery charg?ing station.It also discusses the electric vehicle business operation management models in the future.

smart CEV 1000 charging facilities;AC charg?ing pile;electric vehicle charging station

F407.61

C

1009-1831（2012）02-0049-03

2011-01-06

潘熙（1979），男，江蘇揚州人，工程師，先后從事電力負荷控制管理、營銷計劃與統計管理、電動汽車充電站管理工作，現就職于江蘇揚州供電公司客戶服務中心。李芳（1970），女，江蘇揚州人，工程師，先后從事變電運行、優質服務管理、電動汽車充電站管理工作，現就職于江蘇揚州供電公司客戶服務中心。