基于群控群充技術公交充電場站電氣設計要點

孔建飛， 馬存華

(同圓設計集團股份有限公司，濟南 250101)

0 引言

近年以來國家及各地區均出臺各類相關政策積極穩步推動電動汽車充電設施的建設。 經過多年發展，相繼出現了獨立充電樁(交流慢充、直流快充)、群控群充、無線充電系統、光伏充電系統等多種類型。 本文以某公交充電場站為例，對電動汽車充電設施群控群充系統的供配電設計主要內容進行相應介紹。

1 項目概況

該公交充電場站為某樞紐場站，總占地面積約1.5 萬m2，共設置40 個公交車充電車位。

2 電動汽車群控群充系統

群控群充系統的發展是隨著時代的發展而出現的，從一機單槍，發展到多槍輪充，最終到群控群充系統。 群控群充系統由一臺群控充電機及多臺充電終端組成，其系統框圖如圖1 所示。 群控充電機可根據充電終端車輛充電需求和集群負荷調控指令，動態分配各充電終端輸出功率，實時調節充電電流，分時段設定不同的充電策略，實現低成本投資。 群控群充系統和普通的充電樁相比，具有可動態功率分配、高智能化、高靈活性、高易用性、高擴展性的優點，在汽車群充電應用上優勢明顯。

圖1 群控群充系統框圖

公交充電場站因公交車負責的線路長短不一存在電池消耗量、充電時間各不相同的情況，為了提高整個公交充電場站的充電效率、節約充電時間，本項目采用了群控群充系統。

3 公交充電場站群控充電系統配置計算及選擇

3.1 夜間群控充電系統配置計算

根據建設方要求，該場站夜間應滿足40 輛公交車同時充電，并要求在6 h 內所有公交車電量從20%充至100%。

式中，K為電池容量系數；W總為公交車夜間總充電量，kWh；W單為單臺公交車夜間總充電量，kWh；N為公交車夜間同時充電數量；W為單臺公交車電池容量(暫按180kWh)。

式中，h為公交車夜間充電時間，h；P總為夜間充電總功率，kW。

根據建設方提供的充電設施產品序列，夜間群控充電系統配置方案如下:選擇4 臺240kW 群控充電機，每臺群控充電機連接10 臺充電終端，共提供40 個充電接口。 充電設備總功率960kW。

單臺充電終端充電功率24～180kW 可調，則單臺充電終端夜間最小充電量為:

式中，h為公交車夜間充電時間，h；Wm為單臺充電終端6 小時內充電最小容量，kWh；Pm為單臺充電終端最小充電功率，kW。

該方案可滿足公交場站夜間充電需求。

3.2 日間群控充電系統配置計算

公交車回站時需要進行補電，以滿足車輛日間正常運行。 根據建設方要求，本公交車場共運營兩條線路，每條線路為20 車，日間場站內高峰期最大臨時?？抗卉嚢?0 輛計，時間約為12:00～2:00，并要求在此2 小時內所有臨時停靠公交車電量從50%充至100%，此要求為日間充電最極限狀態。

式中，K為電池容量系數；W總為公交車日間總充電量，kWh；W單為單臺公交車日間總充電量，kWh；N為公交車日間同時充電數量；W為單臺公交車電池容量，kWh(暫按180kWh)。

式中，h為公交車日間充電時間，h；P總為日間充電總功率，kW。

因該充電場站日間充電總功率小于夜間充電總功率，因此可利用夜間充電系統配置對日間充電需求進行校驗。

(1)夜間充電設備總功率大于日間充電功率，故充電設備總功率滿足要求。

(2)單臺充電終端24～180kW 可調，日間充電時可將20 輛車輛平均分配到4 臺群控充電機，每臺充電機分別對5 臺公交車進行充電。 單臺充電終端平均功率為48kW，則單臺充電終端日間最小充電量為:

式中，h為公交車日間充電時間，h；Wm為單臺充電終端2 小時內充電最小容量，kWh；P平為單臺充電終端平均充電功率，kW。

可知，夜間群控充電系統配置方案可滿足公交場站日間充電需求。

根據以上計算，該公交充電場站群控充電系統配置如下:4 臺240kW 群控充電機，每臺群控充電機配置10 臺充電終端，共提供40 個充電接口。

4 公交充電場站充電系統變壓器容量選擇

4.1 充電系統負荷等級

因該公交充電場站為樞紐場站，故前期方案對接中筆者建議該場站充電系統負荷等級按二級負荷考慮。 但建設方根據該場站對應的公交線路及運營情況，要求負荷等級按三級負荷設計即可。

4.2 充電系統容量計算

充電系統總容量如下:

式中，S為充電系統總容量，kVA；K 為同時系數(取0.9)；P為充電機輸出功率，kW；N為充電機臺數；cosρ為功率因數(取0.95)；η為效率(高頻整流充電機取0.95)。

4.3 充電系統變壓器選擇

本項目充電系統供電采用室外獨立箱式變電站，變壓器負載率在0.8～0.85。 變壓器安裝容量如下:

式中，St 為變壓器安裝容量，kVA；S為充電系統總容量，kVA；β為負載率。

本項目共選擇兩座箱式變電站，變壓器容量為630kVA，每座箱式變電站為兩臺群控充電機供電。變壓器低壓配電干線圖如圖2 所示。

圖2 變壓器低壓配電干線圖

6 結束語

隨著各地開始建設大型電動汽車充電場站，電動汽車群控群充技術因其可動態功率分配、高智能化、高靈活性、高易用性、高擴展性的優點，在大型電動汽車充電場站應用上優勢明顯。 本文以某公交充電場站為例對群控群充系統設計中群控充電機配置、充電容量計算、變壓器容量的選取進行了詳細介紹。 因本項目的特殊性，本次設計電動汽車電池容量的選取、變壓器容量計算中同時系數的選擇與公共電動汽車充電場站均有不同之處，需廣大同行在后續設計中注意。