新能源汽车充电设施在储充电站的应用

0引言

全球能源和环境问题促使新能源汽车受到关注，但其推广受充电设施和能源供应限制。光伏站、储能站和电动汽车充放电站作为可再生能源利用和储存方式，具有巨大潜力。本研究旨在探索新能源汽车充电设施与这些站点的融合模式，以支持新能源汽车产业的可持续发展和清洁能源的普及。

1新能源汽车充电设施的研究现状

电动汽车的充电难题一直存在，然而，“光储充一体化”系统有望在有限的空间内实现太阳能发电与储能的有效结合。该系统能够在日照充足时积累电力，并在需求较低时储存能量，以备不足时为电动汽车充电。通过整合光伏、储能和充电站，该项目旨在创建一个示范效应，构建一个集能源、业务和数据融合于一体的数字新基建示范项目。新能源汽车的充电设施涵盖了快速充电站和换电站，其中快速充电站能显著减少充电时间，提高便利性。充电方式的多样化使得全球充电网络的建设正在加速推进。尽管取得了一定的进展，但充电设施的建设仍面临着成本高昂、分布不均和技术标准尚需完善等挑战。新能源汽车的普及促进了充电设施研究的发展，尽管已有成果，但成本、分布和技术规范的问题仍然亟待解决。

2融合模式的详细设计

2.1充电设施与光伏站的融合

1）光伏充电站利用光伏发电技术为新能源汽车充电。通过光伏板将太阳光转换为电能，为电动汽车等提供动力，有效利用可再生能源，减少对化石能源的依赖。

2）能量管理系统负责监控和管理充电设施及光伏站运作，实时收集和分析光伏发电数据，了解新能源汽车充电需求，优化能源分配，提高充电效率。

2.2充电设施与储能站的融合

1）储能充电站利用储能电池储存可再生能源，为新能源汽车提供充电服务。这种集成模式有助于解决可再生能源的间歇性问题，确保新能源汽车在无光照或其他不稳定能源供应时仍能持续充电。

2）当储能电池电量耗尽时，电池交换站能够提供充满电的电池替换服务，确保新能源汽车的连续运行。

2.3充电设施与电动汽车充放电站的融合

1）智能充电桩融合了快速和无线充电技术，自动识别新能源汽车电池类型和电量，提供相应充电方案。它还具备互联网功能，允许通过手机应用或网络平台远程控制和管理。+fantasy_city2016

2）车辆到电网（V2G）技术允许新能源汽车在需要时向电网供电，支持其他设备或家庭用电，促进了新能源汽车与电网之间的互动从而提升电网的稳定性和效率。

3融合模式的融合模式的实施

3.1设施规划和布局

1）充电设施规划应优先与光伏站协同，以充分利用光伏发电满足需求。设施应靠近光伏站以减少输电损耗，确保清洁能源供应。

2）储能站和充电设施规划密切相关，需同步考虑位置和容量，确保电力供应稳定。建设应协调进行，以支持高峰用电并储存低谷时的多余能量。

3）电动汽车充放电站和充电设施应协调规划，布局应靠近以方便电能传输。紧密规划可提升系统灵活性和效率。科学布局下，充电设施与光伏、储能站、充放电站的融合模式能提高能源利用效率。随着技术进步和政策支持，这种模式将更普及，促进充电设施可持续发展。

3.2技术选择和集成

1）选择合适的充电技术对充电设施至关重要。目前主要的充电技术包括交流慢充和直流快充，但未来可能会有更先进的技术出现。在融合模式中，应根据实际情况选择合适的充电技术，并确保其与光伏站、储能站、电动汽车充放电站的集成兼容。

2）集成系统设计：实施融合模式时，需设计集成系统连接充电设施与光伏、储能站及电动汽车充放电站。必须考虑电力、控制信号和数据交换。合理设计可实现高效能源转换和管理。

3）智能化控制管理：利用物联网和AI技术，实现充电设施与光伏、储能、电动汽车充放电站的智能控制管理。通过传感器、数据分析和远程控制，实时监测和优化能源流，进行故障诊断。这种系统提升能源效率和用户体验。智慧系统如图1展示。

4）在实施融合模式时，安全性和可靠性是关键因素。充电设施必须具备安全保护措施，保障电动汽车和能源设施的正常运行。还需防止黑客攻击和故障，确保能源系统稳定。通过适当的技术和集成，新能源汽车充电设施与光伏站、储能站、电动汽车充放电站的融合模式可实现高效、可持续的能源利用。随着技术进步和经验积累，这种模式将更广泛应用于推动新能源汽车充电设施的发展。

3.3网络化和智能化

1）建立通信网络：建立高效通信网络对能源系统互联互通至关重要。该网络连接充电、光伏、储能设施及电动汽车充放电站，实现数据交换和远程监控控制，提升系统响应速度和管理效率。

2）智能化能源管理：利用人工智能和数据分析，可以智能管理能源流。收集和分析能源数据，预测其使用，有助于优化能源分配，提升系统效率。智能能源管理系统能根据需求动态调整，并实时监控供需平衡。

3）智能充电调度：智能化调度算法和数据分析使充电设施能进行智能充电调度。系统根据充电需求优先级和能源供应，自动优化充电计划，提升效率和用户体验。智能调度平衡负荷，减少浪费，降低对传统电网的依赖。

4）智能安全监测：智能能源系统需集成安全监测，实时跟踪设备、能源和环境数据，以便及时识别风险并应对。这种监测提升了系统稳定性和用户安全。新能源汽车充电设施与光伏、储能、充放电站点的整合，通过网络化和智能化，促进了能源管理的效率和可持续性。随着技术进步和经验积累，这种整合模式预期将更普及，进一步促进新能源汽车充电设施的发展。+fantasy_city2016

3.4规划设计

1) 必须进行细致的规划与设计：依据充电需求和能源配置，选定恰当的地点和规模，确保充电设施与光伏电站、储能站、电动汽车充放电站的协同进步。规划与设计过程中，应综合考虑配套设施、土地使用和环境因素等，以达成效益和可持续发展。

2) 建设监管：建设充电设施时，必须严格监管，确保其符合标准规范，遵守法律，并完成验收审批。同时，加强施工质量监督，保障设施安全可靠。

3) 运营管理：充电设施运营的关键在于建立完善的管理机制，涵盖预约、支付、维护和故障处理等。智能化监测和远程管理确保实时监控和数据分析，保障服务质量与用户体验。

4) 收费政策：确保充电设施可持续运营需合理收费政策。基于能源成本、投资和市场需求等因素，设定合适的充电费用，并提供灵活计费方式。同时，需考虑公平竞争和用户权益，防止垄断和不正当竞争。

5）合作与共享：加强合作共享，充电设施可与光伏、储能、充放电站点资源共享，提升系统效率。建立合作机制，实现信息、技术、业务互通，有效推动融合模式。合理策略下，新能源汽车充电设施与相关站点的融合模式将促进高效可持续能源利用。随着技术进步和经验积累，此模式将广泛应用于新能源汽车充电设施发展。

4 实施效果分析

4.1提升能源利用率

实施融合模式可提高能源效率。光伏站和储能站的电力用于电动汽车充电，降低对传统能源的依赖。评估其有效性主要看能源利用率的提高。

4.2改善充电效率

融合模式优化充电设施布局与调度，提升充电效率。例如，智能调度充电设施使用，基于光伏站发电和储能站容量，实现能源利用均衡高效。评估其有效性需考虑充电效率改善程度。

4.3减少环境影响

推广新能源汽车可减少燃油车使用，降低空气污染和碳排放。光伏站利用减少化石燃料需求，进一步降低环境影响。评估融合模式时，需考虑环境改善情况。

4.4提升用户满意度

实施融合模式后，新能源汽车用户能享受更便捷高效的充电服务，可灵活选择充电时间和地点，依据光伏站和储能站的能源供应。评估此模式时，需考虑用户满意度。

4.5经济效益分析

新能源汽车充电设施与光伏、储能站及电动汽车充放电站的整合有助于降低能源成本。光伏站直接供电给充电设施，减少电网损耗，提升能源效率。储能站储存多余电力，供夜间或阴天使用，进一步减少能源消耗和成本。集约化管理降低运营成本，提高设施利用效率。

5、Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

5.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，专为适应新型电力系统中微电网的监控与能量管理需求而开发。该系统兼容光伏、风力发电、储能以及充电桩的接入，确保了全天候的数据采集与深入分析，同时监控相关设备的运行状态和健康状况。旨在确保安全稳定的同时，优化经济运行，促进可再生能源的利用，提升电网的稳定性，平衡负载波动，实现需求侧管理，降低电力供应成本，并为企业提供全方位的微电网能量管理解决方案。系统采用分层分布式架构，涵盖设备层、网络通信层和站控层，支持多种通信协议和物理媒介。

5.2适用场合

适用于高速公路、工业园区、商业区、住宅区楼宇建筑、海岛以及无电地区的可再生能源监控和能量管理。

5.3系统架构

本平台采用了分层分布式架构设计，涵盖站控层、网络层以及设备层三个层级。拓扑结构如下所示：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5.4系统功能

5.4.1实时监测

微电网能量管理系统拥有一个用户友好的人机界面，能够以电气图的形式直观展示电气回路的实时状态。该系统实时监控电压、电流、功率等关键参数，并能显示断路器和隔离开关的状态以及任何故障信号。它负责管理分布式电源和储能系统，提供详尽的发电和储能状态信息，涵盖输出功率、收益、荷电状态以及功率设定。此外，该系统还支持对储能系统的状态进行管理，包括荷电状态的告警和电池维护提示。监控界面能够展示包括光伏、风电、储能、充电桩和负荷在内的多种信息，如收益、天气状况、节能效果、功率、电量以及电压和电流数据，并且能够根据用户需求定制显示特定系统的相关信息。

图2系统主界面

主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况以及一些统计列表等。

3.4.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

该界面呈现了光伏系统的详细信息，包括逆变器的直流和交流运行状态、报警信息、发电量的统计与分析、并网柜电力监测、年发电利用小时数、收益情况、碳减排数据以及环境监测指标（如辐照度、风力、温湿度）。此外，系统总功率、电压电流以及各逆变器的运行数据亦会展示出来。

5.4.1.2储能界面

图4储能系统界面

展示系统的储能装机容量、当前储能充放电状态、收益情况，以及SOC（State of Charge，充电状态）和电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

展示如何配置PCS（电源控制系统）的各项参数，包括开机与关机的设置、运行模式的选择、功率的调整，以及电压和电流限制值的设定。

图6储能系统BMS参数设置界面

展示电池管理系统（BMS）的配置参数选项，包括电芯电压、温度保护阈值、电池组电压、电流以及温度限制等多个设置项。+fantasy_city2016

图7储能系统PCS电网侧数据界面

展示PCS电网侧的关键数据，包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等多项核心指标。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

展示PCS交流侧的相关数据，包括相电压、电流、功率、频率、功率因数以及温度等多个关键指标。此外，还有实时告警功能，用于监测交流侧的异常状况。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

展示PCS直流侧的关键数据，包括电压、电流、功率和电量等多种指标。同时，它还承担着对直流侧发生的异常状况进行报警提示的功能。

图10储能系统PCS状态界面

展示PCS的状态信息，包括通讯状态、运行状态、STS运行状态以及STS故障告警等多个维度。

图11储能电池状态界面

展示电池管理系统（BMS）的实时状态信息，包括储能电池的运行状况、荷电状态、系统细节、数据统计以及警报通知等。

图12储能电池簇运行数据界面

展示电池簇的详细信息，包括储能模组内各个电芯的电压与温度数据。此外，它将特别标示出当前电芯电压和温度的Max、Min以及它们的具体位置信息。

5.4.1.3风电界面

图13风电系统界面

界面显示风电系统详情，包括逆变控制机状态、报警、发电统计分析、年运行时长、收益、碳排放减少、环境监测、功率模拟和效率分析。同时，展示系统总功率、电压电流数据及逆变器运行细节。+fantasy_city2016

5.4.1.4充电桩界面

图14充电桩界面

界面显示充电桩系统信息，涵盖总功率、交流与直流充电桩的功率和电量数据，电费计算及指标趋势，以及充电桩的实时运行状态。

5.4.1.5视频监控界面

图15微电网视频监控界面

该界面展示接入视频，并提供预览、回放、管理及控制功能。

5.4.2发电预测

系统需整合历史和实时发电数据以及天气预报，进行短期和超短期发电功率预测，并提供准确率和误差分析。这些预测将用于发电计划制定，支持手动或自动操作，以有效集中管理新能源发电。

图16光伏预测界面

5.4.3策略配置

系统应基于发电数据、储能容量、负荷需求及电价信息，设定运行模式和控制策略，包括削峰填谷、周期性计划、需量控制、有序充电和动态扩容等。

图17策略配置界面

5.4.4运行报表

应能查询子系统、回路或设备的运行参数。报表应包括电参量信息：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率和正向有功电能等。

图18运行报表

5.4.5实时报警

系统应具备实时报警功能，监测逆变器和双向变流器的运行状态及设备保护动作，实时显示告警详情。报警方式涵盖弹窗、声音、短信和电话通知。

图19实时告警

5.4.6历史事件查询

需记录管理遥信变位、保护动作、事故跳闸及电压、电流等越限事件，以便用户追踪、查询统计和分析系统事件及报警。

图20历史事件查询

5.4.7电能质量监测

微电网系统必须不断监控电能质量，涵盖稳态和暂态，确保管理人员能实时掌握供电状况并迅速应对不稳定因素。监控界面应实时展示各监测点的通信状态、电压和电流畸变率、不平衡度、谐波分析、电压波动与闪变、功率与电能计量、电压暂态事件告警、波形查看、电能质量统计数据和事件记录详情。

图21微电网系统电能质量界面

5.4.8遥控功能

微电网系统允许远程遥控操作设备。维护人员通过主界面执行遥控操作，按照预置、返校、执行的顺序，及时响应调度或站内命令。

图22遥控功能

5.4.9曲线查询

在曲线查询界面，用户可直接查看包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH以及充放电量变化等电参量曲线。

5.4.10统计报表

该系统具备定时抄表和数据汇总功能，用户可查询特定时段配电节点用电情况，包括进线和分支回路消耗。系统分析微电网与外部电能交换、节能效果及收益。同时，评估供电可靠性，如年停电时间和次数，并分析并网型微电网电能质量。

图24统计报表

5.4.11网络拓扑图

系统监控设备通信，展示网络结构；在线诊断设备状态，网络异常时自动显示故障。

图25微电网系统拓扑界面

该界面展示微电网系统结构，包括系统组件、电网连接方式、断路器和计量设备等信息。

5.4.12通信管理

微电网系统管理设备通信，实时监测数据。维护人员可利用主程序进行通信管理，检查设备状态。它支持多种协议，如ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等。

5.4.13用户权限管理

应具备用户权限管理功能，防止未授权操作。可设定不同级别用户登录信息及权限，确保系统安全。

5.4.14故障录波

系统故障时，故障录波器自动记录故障前后电气量变化，这对事故处理、保护动作判断及提升电力系统安全运行至关重要。录波器可记录16条波形，每条包含6段，每段记录故障前8个周波和故障后4个周波的波形，总录波时间达46秒。每个采样点至少记录12个模拟量和10个开关量波形。+fantasy_city2016

5.4.15事故追忆

自动记录事故关键数据，包括开关状态、保护动作和遥测量，以支持事故分析。用户可自定义特定事件触发记录，保存事故前后各10个周期的数据点，并可灵活设定及修改这些事件和数据点。

图29事故追忆

5.5 硬件及其配套产品

6.结束语

总而言之，本文提出了新能源汽车充电设施与光伏站、储能站、电动汽车充放电站的融合模式，通过将新能源汽车与可再生能源有机结合，提高了能源利用效率和环保性能，为新能源汽车产业的可持续发展开辟了新的道路。然而，该融合模式的实施仍面临技术、经济、政策等方面的挑战，需要政府、企业和社会各方的共同努力。未来，随着技术的进步和政策的完善，相信新能源汽车充电设施与光伏站、储能站、电动汽车充放电站的融合将成为推动能源转型和绿色发展的重要力量。

参考文献

[1]马琳,朱铁群,陈霞丽,等.地下新能源汽车停车场消防设计探讨[J].建筑安全,2022,37(11):89-93.

[2]华光辉,夏俊荣,廖家齐,等.新能源汽车充换电及车网互动[J].现代电力,2023,40(05):779-787.

[3]温仕祥，郑志强.新能源汽车充电设施与光伏站、储能站、电动汽车充放电站的融合研究

[4]安科瑞高校综合能效解决方案2022.5版.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.