淺析風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)在充電樁上的應(yīng)用及規(guī)劃

摘 要：近幾年來(lái)，清潔能源的利用是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)以及能源利用重點(diǎn)關(guān)注的方面，同時(shí)相對(duì)的利用效率以及范圍也須相應(yīng)地提高。本文針對(duì)擁有風(fēng)光互補(bǔ)特性的充電樁進(jìn)行探究，找到其最優(yōu)的應(yīng)用場(chǎng)所，并提出了相對(duì)的規(guī)劃措施。為進(jìn)一步高效利用清潔能源和新能源設(shè)施的推陳出新提供相對(duì)理論依據(jù)和新的思路。

關(guān)鍵詞：清潔能源;風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng);充電樁規(guī)劃;充電模式;新能源技術(shù)

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，環(huán)境問(wèn)題逐漸受到大家的重視，汽車(chē)尾氣污染是環(huán)境污染的一大來(lái)源，所以政府出臺(tái)政策扶持了大量的電動(dòng)汽車(chē)清潔能源項(xiàng)目。電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)在大眾視野中，近幾年可以說(shuō)是已經(jīng)基本滲透普及。相對(duì)的充電樁的研究以及規(guī)劃也在不斷推陳出新中，從入網(wǎng)式的快速充電樁到離網(wǎng)式太陽(yáng)能充電樁和本文中的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)在充電樁上的應(yīng)用，使得充電樁可以在區(qū)域負(fù)荷較大的情況下采用離網(wǎng)式發(fā)電供給電動(dòng)車(chē)充電。

本文主要針對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)充電樁的實(shí)際應(yīng)用以及規(guī)劃進(jìn)行詳細(xì)分析，通過(guò)區(qū)域供電需求規(guī)劃處適合區(qū)域的充電樁規(guī)劃方案，解決目前新能源充電樁的實(shí)際規(guī)劃及應(yīng)用問(wèn)題。

1 風(fēng)光互補(bǔ)充電樁的構(gòu)成

如上圖風(fēng)光互補(bǔ)充系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)AC/DC變換器再由MPPT控制，由于兩種發(fā)電方式的不同，所以采用了兩個(gè)變換控制器對(duì)輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于運(yùn)行期間各項(xiàng)數(shù)據(jù)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋。負(fù)載采用鉛酸蓄電池，鉛酸電池由于其原材料豐富，制造成本低，因此鉛酸電池作為本風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元，負(fù)載接入母線(xiàn)前應(yīng)經(jīng)過(guò)雙向DC換流器。

太陽(yáng)能發(fā)電輸出電能為直流電，風(fēng)力發(fā)電輸出的為交流電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電后采用AC/DC變換器與輸出的太陽(yáng)能一起連接到直流母線(xiàn)。

本設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)充電樁采用入網(wǎng)模式：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板發(fā)電不足以供給電動(dòng)汽車(chē)電能時(shí)本系統(tǒng)切換到大電網(wǎng)提供電能，以保證電能輸出的穩(wěn)定性。相反的，當(dāng)充電樁分布的地區(qū)充電需求不高時(shí)，充電樁風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)電可向上級(jí)供電接入大電網(wǎng)，經(jīng)變換器和變壓器升壓與大電網(wǎng)進(jìn)行連接，由電網(wǎng)的調(diào)配控制中心進(jìn)行電能分配，減少了電能的浪費(fèi)，充分利用了自然資源提供的能量。

2 風(fēng)光互補(bǔ)充電樁應(yīng)用分析

對(duì)于充電樁的建設(shè)需求總體影響因素有以下幾點(diǎn)：（1）充電量總需求。（2）充電汽車(chē)運(yùn)行模式。（3）動(dòng)力電池的特性。（4）充電時(shí)間。（5）場(chǎng)所及其他環(huán)境因素條件。針對(duì)以上幾點(diǎn)因素結(jié)合該風(fēng)光互補(bǔ)的特性做了以下幾點(diǎn)分析。

該風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)對(duì)于地理位置要求和其應(yīng)用場(chǎng)景都有一定的要求，相對(duì)于山區(qū)多光多風(fēng)的環(huán)境，就比較適合這種充電樁的特性，海邊大部分多風(fēng)，風(fēng)能大于太陽(yáng)能，這時(shí)我們可以采用大風(fēng)機(jī)配合小型的太陽(yáng)能光伏板，城市地區(qū)普遍太陽(yáng)能資源豐富，我們可以采用大的太陽(yáng)能光伏板配合小風(fēng)力發(fā)電機(jī)。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用還需采用負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)其實(shí)際歷年來(lái)的需求和能量資源的分布進(jìn)行實(shí)際規(guī)劃。

電動(dòng)汽車(chē)充電方式分為三種：慢速充電、半快速充電及快速充電。

對(duì)于應(yīng)用與小區(qū)內(nèi)的充電樁可以采用慢速充電，小區(qū)內(nèi)充電樁一般為晚上負(fù)荷需求較大，可以采用蓄電池在晚間對(duì)私家車(chē)進(jìn)行慢速充電。慢速充電需求充電時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)充電電池的損傷較小，對(duì)配電網(wǎng)的影響也較小，白天風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電同時(shí)工作，給予儲(chǔ)能單位較多的儲(chǔ)存電量，蓄電池采用白天儲(chǔ)能夜間放電的方式在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行工作。

公路旁的專(zhuān)業(yè)充電站，應(yīng)采用快速充電方式，可將風(fēng)光互補(bǔ)充電系統(tǒng)的充電樁進(jìn)行入網(wǎng)運(yùn)行，作為輔助快速充電樁的一種能量供給形勢(shì)。在白天需要大規(guī)模快速充電時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)可提高充電樁的電能質(zhì)量，保障快速充電樁的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減少大量電動(dòng)車(chē)充電負(fù)荷對(duì)該地區(qū)配網(wǎng)的影響。

半快速充電多應(yīng)用于公共場(chǎng)所，類(lèi)似商場(chǎng)超市、車(chē)站等。充電時(shí)間相比前兩種屬于中置位置，商業(yè)用電相比其他充電費(fèi)用較高，而且公共場(chǎng)所充電對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)特性需求較低，由于風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)占地較大等因素，所以此半快速充電類(lèi)型充電樁不建議采用風(fēng)光互補(bǔ)的模式。

3 充電樁規(guī)劃及要求

對(duì)于普通充電樁的規(guī)劃，政府已經(jīng)出臺(tái)了一系列措施。電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的布局應(yīng)符合國(guó)家出臺(tái)政策及標(biāo)準(zhǔn)。衡量充電設(shè)施“需求”的主要指標(biāo)是交通量與服務(wù)半徑兩個(gè)要素;決定“可能性”與否關(guān)鍵在于交通、環(huán)保及區(qū)域配電能力等外部環(huán)境條件與該地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃。風(fēng)光互補(bǔ)充電樁基于它本身充電樁的能量來(lái)源特性，可應(yīng)用場(chǎng)所多于普通充電樁，緩解區(qū)域配電能力。

主要考慮以下幾點(diǎn)要求：

（1）充電設(shè)施分布結(jié)合可利用風(fēng)能太陽(yáng)能的分布與電動(dòng)汽車(chē)交通密度。

（2）結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)自身的運(yùn)行特點(diǎn)以及各區(qū)域的實(shí)際需要計(jì)算服務(wù)半徑。

（3）充電設(shè)施布局是對(duì)不同區(qū)域的充電設(shè)施需求條件分析后得出的結(jié)果，但是充電設(shè)施具體選址定點(diǎn)還須考慮其實(shí)施的可能條件。因此充電設(shè)施的設(shè)置應(yīng)滿(mǎn)足城市總體規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃總體要求。

（4）充電設(shè)施的設(shè)置應(yīng)充分考慮本區(qū)域的輸配電網(wǎng)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)時(shí)可能需要高功率的電力供應(yīng)支撐，在進(jìn)行充電設(shè)施布局規(guī)劃時(shí)，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃，以提高充電設(shè)施電能供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性，為充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)提供可靠的電力供應(yīng)保障。另外，由于電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備是一種非線(xiàn)性負(fù)荷，工作時(shí)產(chǎn)生的諧波電流很高，諧波注入電網(wǎng)會(huì)造成電能質(zhì)量降低等負(fù)面影響。在充電設(shè)施快速短時(shí)充電時(shí)，由于負(fù)荷變化太快，沖擊電壓也可能對(duì)電網(wǎng)造成影響。這些都需要在建設(shè)充電設(shè)施時(shí)予以考慮。

（5）充電設(shè)施布局應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，隨著國(guó)家強(qiáng)力推動(dòng)，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)足發(fā)展。規(guī)劃應(yīng)具有前瞻性和全局性，能夠適應(yīng)未來(lái)數(shù)年內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展要求。

在智能電網(wǎng)的未來(lái)圖景中，電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施將扮演耗能和分布式儲(chǔ)能的雙重身份。通過(guò)電動(dòng)車(chē)與電網(wǎng)間能量的轉(zhuǎn)換，電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)主可以低價(jià)在夜間用電低谷時(shí)充電，在白天電網(wǎng)處于負(fù)荷高峰時(shí)，則可以把電池內(nèi)的電能高價(jià)回賣(mài)給電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的用電模式。

國(guó)家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，這將與電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的大發(fā)展起到相互促進(jìn)的作用。有了智能電網(wǎng)，電動(dòng)汽車(chē)的電能來(lái)源將更加豐富，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等方式獲得電力，真正達(dá)到減排的作用。

為實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、優(yōu)化運(yùn)行，更好地滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)的需求，需要建設(shè)統(tǒng)一的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施監(jiān)控中心系統(tǒng)作為業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，而監(jiān)控總站的建設(shè)則是中心系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。

應(yīng)建設(shè)統(tǒng)一的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施監(jiān)控中心系統(tǒng)，它應(yīng)能對(duì)分布于各區(qū)域的充電設(shè)施實(shí)現(xiàn)集中式監(jiān)視和部分控制功能，實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施用電、充電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，對(duì)充電設(shè)施記錄數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和分析，同時(shí)還應(yīng)具備一定的擴(kuò)展能力，為電動(dòng)汽車(chē)作為移動(dòng)儲(chǔ)能在受控狀態(tài)下接入電網(wǎng)提供技術(shù)支持。

智能電網(wǎng)結(jié)合新能源充電樁遠(yuǎn)期還可根據(jù)技術(shù)發(fā)展和實(shí)際需要，補(bǔ)充監(jiān)控視頻接入、營(yíng)銷(xiāo)費(fèi)用對(duì)賬單、營(yíng)銷(xiāo)重要客戶(hù)分析、運(yùn)維系統(tǒng)支持、充電設(shè)施充電時(shí)段分析、充電設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益分析和充電設(shè)施分布熱盲點(diǎn)分析等功能，擁有此功能可以更好的對(duì)于新興能源技術(shù)發(fā)展進(jìn)行監(jiān)察查漏補(bǔ)缺。

為此，根據(jù)對(duì)充電設(shè)施的規(guī)劃，建議規(guī)劃建設(shè)集中充電站建成的同時(shí)，配套建設(shè)監(jiān)控總站1座。建議往后基本實(shí)現(xiàn)每個(gè)集中充電站配套建設(shè)1座監(jiān)控總站。

4 結(jié)語(yǔ)

從全球視野來(lái)看，世界應(yīng)對(duì)全球氣候變化的嚴(yán)峻形勢(shì)對(duì)能源技術(shù)提出了更迫切的需求，新能源技術(shù)與智能電網(wǎng)相結(jié)合作為主要的低碳能源技術(shù)將引領(lǐng)新能源革命。增加智能電網(wǎng)的發(fā)展，使電動(dòng)汽車(chē)的新能源充電設(shè)施充電設(shè)施在交通能源供應(yīng)中的比重提高成為可能，并為新能源的集約化開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了強(qiáng)大平臺(tái)。化石能源以及不可再生能源正在被我們消耗殆盡，我們應(yīng)該利用新能源技術(shù)利用可再生能源優(yōu)化我們的環(huán)境以及出行方式，電動(dòng)汽車(chē)正在逐漸普及，為解決城市汽車(chē)尾氣污染問(wèn)題、霧霾問(wèn)題。為充分利用太陽(yáng)能以及風(fēng)能等清潔能源，設(shè)計(jì)研究了風(fēng)光互補(bǔ)型充電樁，讓新能源可以合理地利用。緩解了電網(wǎng)調(diào)度的壓力，同時(shí)擴(kuò)大了充電樁的規(guī)劃適用范圍。尤其是對(duì)于一些天然資源分布廣泛的地區(qū)充分利用新能源提供了思路。

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作者簡(jiǎn)介：張晨宇（1993—），男，漢族，四川廣安人，電氣工程碩士研究生，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化、新能源技術(shù)。