電動(dòng)汽車是緩解我國石油緊張、大氣污染問題，推動(dòng)交通模式轉(zhuǎn)變的新型交通工具，其充換電站建設(shè)至關(guān)重要。發(fā)展電動(dòng)汽車更是落實(shí)國家能源、節(jié)能減排戰(zhàn)略，建設(shè)“兩型"社會(huì)，履行社會(huì)責(zé)任的關(guān)鍵舉措。

      青島黃島區(qū)某電動(dòng)汽車充換儲(chǔ)放一體示范電站 2011 年 8 月投運(yùn)，作為國網(wǎng)示范站，集公交車、乘用車充換電與儲(chǔ)能應(yīng)用于一體，功能全、規(guī)模大、服務(wù)強(qiáng)，在全球電動(dòng)汽車充換電設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的開創(chuàng)性。

一次接線

      充換儲(chǔ)放一體電站通過兩條10kV線路與青島35kV智能變電站并網(wǎng)，站內(nèi)有兩臺(tái)容量均為2000kV·A的變壓器，充電與儲(chǔ)放電模塊均帶在400V母線上，如下圖所示。

圖 充換儲(chǔ)放一體電站一次接線圖

微型斷路器

      充電站梯度電池選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)汽車電池，參數(shù)為 265A·h/76.8V，總額定容量 2MW×3h，額定功率 2MW，放電功率上限為 2MW。

      對于繼電保護(hù)，充換儲(chǔ)放一體電站與普通用戶站的關(guān)鍵差異在梯度儲(chǔ)能放電部分。因此，繼電保護(hù)配置方案需重點(diǎn)考量梯度儲(chǔ)能電池儲(chǔ)放系統(tǒng)，確保電站向主網(wǎng)逆向放電故障時(shí)，能迅速、可靠切除故障，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定，避免站內(nèi)電池等重要設(shè)備受損。

2.1 400V 系統(tǒng)保護(hù)功能配置

      保護(hù)層次：400V 系統(tǒng)逆向放電系統(tǒng)保護(hù)分三層，即模塊級保護(hù)，含 IGBT 驅(qū)動(dòng)板底層硬件短路保護(hù)與控制器硬件過電流保護(hù)；裝置級保護(hù)，指放電模塊控制器經(jīng)軟件計(jì)算或硬件接點(diǎn)檢測本裝置內(nèi)部故障，觸發(fā)過電流、過溫、過電壓等保護(hù)；系統(tǒng)級保護(hù)，由逆向放電監(jiān)控系統(tǒng)依監(jiān)控狀態(tài)觸發(fā)。從實(shí)現(xiàn)途徑又分硬件、軟件保護(hù)，以下分別介紹。

功率單元

      軟件保護(hù)：分瞬時(shí)與定時(shí)限保護(hù)。瞬時(shí)保護(hù)遇緊急故障單點(diǎn)動(dòng)作，脈沖、跳接觸器、停機(jī)告警，手動(dòng)復(fù)歸故障標(biāo)志；定時(shí)限保護(hù)設(shè)動(dòng)作、延時(shí)定值，檢測到嚴(yán)重故障經(jīng)延時(shí)確認(rèn)后動(dòng)作，系統(tǒng)轉(zhuǎn)故障狀態(tài)告警，同樣需手動(dòng)復(fù)歸。軟件保護(hù)涵蓋直流電壓、直流過電流、交流電流、電壓異常、頻率異常、防孤島、恢復(fù)并網(wǎng)、輸出直流分量超標(biāo)及相序錯(cuò)誤保護(hù)等。

2.2 10kV 系統(tǒng)保護(hù)功能配置

      充換儲(chǔ)放一體電站設(shè)計(jì)初多次探討 10kV 并網(wǎng)線保護(hù)方案，最終在常規(guī)用戶變電站保護(hù)基礎(chǔ)上，增設(shè)解列裝置與進(jìn)線反方向電流保護(hù)，整定計(jì)算時(shí)僅作后備考慮，原因有二：

       放電裝置保護(hù)完備。10kV 及 400V 系統(tǒng)故障時(shí)，其能快速切斷與系統(tǒng)連接，不影響繼電保護(hù)。模塊容量約 6kW，本項(xiàng)目 140 個(gè)逆向放電模塊獨(dú)立運(yùn)行、集中控制，屬電力電子變換設(shè)備，功率器件控制速度快，故障時(shí)先閉鎖驅(qū)動(dòng)脈沖（幾十微秒），再分?jǐn)嘟佑|器（20 - 30ms），阻斷電池與電網(wǎng)功率交換。

      短路電流計(jì)算無需考慮放電裝置。因其功率小且不同于發(fā)電機(jī)，有功率限制與快速響應(yīng)特性，系統(tǒng)電壓跌落時(shí)不附加短路電流，故短路阻抗、電流計(jì)算不計(jì)其影響。

3.1 概述

      AcrelEMS 3.0智慧能源管理平臺(tái)，能實(shí)時(shí)監(jiān)視企業(yè)微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源、市政電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)施及各類交直流負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測、動(dòng)態(tài)調(diào)配、優(yōu)化策略、診斷告警，推動(dòng)源荷有序互動(dòng)、能源全景分析，達(dá)成光儲(chǔ)充資源靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化能效管理、智能化安全分析、動(dòng)態(tài)化調(diào)整控制、可視化全景分析需求，助用戶降低能源成本、提升運(yùn)行效率。

3.2 應(yīng)用場所

      適用于分布式光伏、儲(chǔ)能、光儲(chǔ)充電站建設(shè)項(xiàng)目，以及新能源站點(diǎn)的運(yùn)營、運(yùn)維、節(jié)能管理，還可應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)、零碳工廠等場景。

3.3 平臺(tái)組織架構(gòu)

分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

      設(shè)備層涵蓋多功能電力儀表、暖通儀表等各類監(jiān)控、計(jì)量、保護(hù)、治理、轉(zhuǎn)換設(shè)備與就地子系統(tǒng)，還有光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等，可為設(shè)備或子系統(tǒng)提供多樣通信、組網(wǎng)方式，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

      傳輸層的數(shù)據(jù)終端為嵌入式系統(tǒng)，具備串口、網(wǎng)口等多種數(shù)據(jù)通信接口，支持 ModBus-RTU 等諸多通信協(xié)議，兼容多數(shù)智能設(shè)備，且支持本地存儲(chǔ)、斷點(diǎn)續(xù)傳、失電報(bào)警，采集數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮、加密后上傳，保障傳輸穩(wěn)定、安全、可靠。

      數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)顯示與存儲(chǔ)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警、業(yè)務(wù)、操作日志等，對外提供數(shù)據(jù)訪問接口供第三方系統(tǒng)使用，用戶憑權(quán)限可借 PC、PAD、手機(jī)等終端訪問數(shù)據(jù)、接收報(bào)警，巡檢微電網(wǎng)設(shè)備，平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)見圖。

3.4系統(tǒng)硬件配置

3.5安科瑞智慧能源管理平臺(tái)功能

3.5.1數(shù)字化展示

      通過展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運(yùn)行情況。

3.5.2優(yōu)化控制

      直觀顯示能源生產(chǎn)及流向，包括各種能源的生產(chǎn)及消耗過程，通過優(yōu)化控制提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線對比等。

3.5.3智能預(yù)測

      結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測，并與實(shí)際功率進(jìn)行對比分析，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

3.5.4能耗分析

      采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進(jìn)行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對標(biāo)，并折算標(biāo)煤或碳排放等。

3.5.5有序充電

      系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量，并和變壓器負(fù)荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，引導(dǎo)用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運(yùn)行安全。

3.5.6運(yùn)維巡檢

      系統(tǒng)支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運(yùn)維人員軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維流程閉環(huán)管理。

      本文針對梯度儲(chǔ)能電池特殊儲(chǔ)放系統(tǒng)擬定了繼電保護(hù)配置方案，涵蓋兩點(diǎn)：

      一是 0.4kV 系統(tǒng)逆向放電系統(tǒng)保護(hù)分模塊級、裝置級、系統(tǒng)級三層，按實(shí)現(xiàn)途徑又分硬件、軟件保護(hù)；

      二是 10kV 系統(tǒng)鑒于放電系統(tǒng)自身完備保護(hù)功能，在常規(guī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)上，增設(shè)事故解列裝置與反方向電流保護(hù)。

      當(dāng)前，電動(dòng)汽車充換電站電氣設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)配置尚處探索階段。青島市某示范電站方案依現(xiàn)場實(shí)際定制，鑒于各充換電站功能、電氣設(shè)備存在差異，實(shí)際工程中，繼電保護(hù)人員需依情況對配置方案靈活調(diào)整。