光伏储能一体化充电站继电保护配置及运管平台解决方案

摘要

1 光伏储能一体化充电站的电气设计

电动汽车充电站作为高耗能设备通常运行于满负荷状态。经由一条10千伏配电线路供电后所能提供的最大功率为单相约47.5千瓦（视电压情况而定）。多采用封闭式变电站配置包含高压间、主变空间及低压区域三个独立区域构成总处理能力范围通常介于630至1250千伏安之间。考虑到场址条件受限分布式光伏发电系统多设置于车顶棚顶及周边建筑顶端位置依据充电规模与投资预算是决定因素相关设备（如光伏汇流柜储能汇流柜等）则可安置于预制舱内 electrical

图1.1 光伏储能一体化充电站电气干线示意图

2 充电站继电保护要求

相较于传统电站而言，光储一体化充电站继电保护系统会更加复杂。光伏与储能系统的接入使得充电站供电结构从单一电源转变为多电源；这进而使得短路电流的分布与运行方向发生改变。其中光伏逆变器与储能PCS均属于电力电子设备；这些设备在发生故障时的反应动作时间显著优于传统的继电保护装置及断路器组合。

例如，在变压器低压侧发生短路时

2.1 桩级保护

GB51313-2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》对非车载充电机（直流充电桩）提出如下技术要求："4.0.6 非车载充电机应配备交流输入端的过压保护、交流输入端的过流保护以及直流输出两端的电压和电流均需进行过压和过流双重防护，并应在内部设置温度监控装置以实现过温防护功能"。这些保护功能主要由内置模块负责实现，并可参考《民用建筑电气设计标准》中关于储备仓库及电动车充电场所末端回路设置限流式电气防火保护器的相关规定。部分配置较为简单的直流充电桩可选择性地安装限流式电气防火保护器以增强安全性

根据《电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》GB/T18487.1的规定,交流充电桩需配置电气防火限流式保护器,以确保其具备过负荷、短路及漏电等多重保护功能,并迅速实现过负荷、短路保护和漏电保护功能。该设备的配置同时需结合民用建筑电气设计标准的相关规定进行设计与安装。

2.2 0.4kV回路继电保护

该光伏逆变器系统组件均配备有较为完善的自我保护功能，并非必须依靠外部附加设备进行防护。按照GB/T 19964的技术规范，在集流点处应当安装防孤岛隔离装置，在电网供电中断时该装置应立即动作切除光伏与储能并网连接线路以避免孤岛状态下的供电供应。与此同时集流点还应配置能量质量监测系统包括电流/电压/总谐波畸变率电压合格率电压波动/闪变等参数采集指标，并配备APView400型电能质量在线监测设备用于实时监控系统运行状况。另外为了满足额定电压下的选择性保护要求在发生故障时能够迅速缩小故障范围可以在主回路中安装相应的低压防护设备实现速断过电流过负荷过压欠压及漏电等多种保护功能组合

2.3 10kV回路继电保护

该系统采用 AM5SE-F 和 AM5SE-T 设备对 10kV 进线回路及变压器实施全面防护配置。当 transformer 高压侧未配备断路器时，则应在进线端安装 transformer 保抦装置。该系统要求对进线及 transformer 保抦均需配置具有方向性的电流速断、有过流及过负荷等多重防护措施。为确保安全运行，在非电量环境条件下还需对 transformer 施加温度和 opening-related protections。此外，在油浸式 transformer 中还需配备瓦斯 protection措施以进一步保障安全性。

根据《 electric power quality management暂行办法》以及《 photovoltaic power plant接入电力系统技术规范》，分布式电源用户公共接线端子处还需实施电能质量数据监控，并需配置在线式电能质量监测装置；对于自发自用且余电不上网的分布式电源用户，则需安装反向电流保护或电流调节装置以防止逆流现象。

2.4 协调控制器

协调控制器ACCU-100不仅拥有智能网关的数据采集能力以及协议间的转换机制，并且还集成有存储系统的能力。此外还包含新能源系统的使用策略调控功能。能够通过预先设定的逻辑程序来调节光伏系统的出力功率以及储能设备的充放电状态，并且还可以调控充电桩的充电过程和电网负荷的调节。并与云端平台实现交互连接，并根据云端系统发出的指令来执行相应的策略配置设置。

3 充电桩设备

安科瑞AEV200-DC240M分体式直流充电柜采用了分体式设计，并配备四桩配置。该款设备单桩最高承载功率达240kW，并支持电压范围宽广（150V至1 ）内容已省略以获取完整内容请安装免费阅读器）。在这一配置下可提供额定电流值高达25 ）内容已省略以获取完整内容请安装免费阅读器）A的快速充换电能力以充分满足用户的快速充换电需求。此外该设备还配备了针对交流输入端的电压波动做出了防护措施对交流输入端的异常电流进行了防护处理以及对直流输出端的压力控制措施和异常电流防护等多重功能保障措施

图3.1 AEV200-DC240M充电柜以及AEV200-DC250AS直流充电桩

除了不包括分体式 type 的设备外，在线服务提供商还配置了 160kW、120kW、80kW、60kW 和 30kW 的直流 type 设备以及 7kW 的交流 type 设备以满足各类场景下的充电需求

4 智慧能源管理平台

AcrelEMS智慧能源管理平台整合了电力运行监测系统以及电能质量分析与治理功能，并涵盖了充电桩运营与管理等技术模块。该系统可助力光储充一体化充电站提升供电可靠性，并通过优化能源使用策略以实现资源最优配置。此外，平台能够就地接纳清洁能源并显著降低成本。

4.1 充电运营管理

安科瑞充换电管理系统是一款融合物联网与大数据技术的专业级智能充换电运营平台。该平台具备监管功能及高效的调度能力，在提升充换电效率的同时最大限度地优化资源利用率。用户可通过APP或小程序提前预约使用服务并减少排队等待时间；同时系统可收集精确的需求数据辅助运营决策。该平台支持多种充换电方式及智能服务功能

图4.1 充电运营管理

4.2 光伏储能能量管理

能量管理策略实现电网与光伏发电间以及储能装置与充电设施间的能量互动融合和灵活调配。系统通过优化调控在保障变压器安全运行的前提下消除了峰谷差异并平滑了负荷进而实现了短时柔性扩容提升了电力设备的运行效率以及平衡了负荷波动。此外在不向电网供电的情况下可调节光伏发电与储能充电的同时灵活运用充电桩以有效防止逆功率发生。

图4.2 光伏、储能、充电桩能量管理

4.3 有序充电管理

该系统实时监测 transformer 的负荷率，并计算其剩余容量。通过综合分析 charging 需求及储能系统的放电容量进行动态调控。具体而言, 该系统将采取以下措施：1）识别用户权限, 2）统计charging 行为, 3）实施功率控制, 4）限制或开放新增 charging 请求, 5）调整 charging 价格等, 最终以引导用户合理规划 charging 需求为目标, 进一步提高电网对充能服务的接纳能力和 friendliness.

图4.3 有序充电管理

5 结束语

该光伏储能一体化充电站通过分层分级保护和监控手段来提升供电可靠性以及分布式电站的合规性。借助智慧能源管理系统与科学配置的新能源调控策略实现充能效率与经济性的最佳平衡。AcrelEMS智慧能源管理系统能够统一调度分布在不同区域的所有不同类型的充换电站设施，并依据各充换电站的具体情况制定相应的调控策略以确保其运行更加清洁高效。