光伏儲(chǔ)能一體化充電站繼電保護(hù)配置及運(yùn)管平臺(tái)解決方案

安科瑞 陳聰

摘要：光伏儲(chǔ)能一體化電動(dòng)汽車充電站的繼電保護(hù)配置需綜合考慮光伏發(fā)電、儲(chǔ)能充放電、充電樁及電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行特性，其核心在于解決多電源結(jié)構(gòu)下的保護(hù)動(dòng)作邏輯配合困難及可靠運(yùn)維等問(wèn)題。以下結(jié)合相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)，從保護(hù)需求、配置原則、控制要求及合規(guī)性等方面進(jìn)行分析。

1 光伏儲(chǔ)能一體化充電站的電氣設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車充電站屬于三級(jí)負(fù)荷，可由一路10kV市電供電，通常采用箱式變電站，由高壓室、變壓器室和低壓室三個(gè)獨(dú)立小室組成，用電容量一般在630kVA~1250kVA之間。充電站分布式光伏裝設(shè)容量受限于場(chǎng)地，一般安裝在車棚頂部或附近建筑頂部，儲(chǔ)能柜容量大小根據(jù)充電需求和投資預(yù)算選擇。光伏匯流柜、儲(chǔ)能匯流柜、儲(chǔ)能柜等相關(guān)設(shè)備可放置在預(yù)制艙，電氣一次干線圖如圖所示。

圖1.1 光伏儲(chǔ)能一體化充電站電氣干線示意圖

2 充電站繼電保護(hù)要求

光儲(chǔ)一體化充電站繼電保護(hù)相比傳統(tǒng)電站將會(huì)更為復(fù)雜，光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入使充電站供電結(jié)構(gòu)從單電源變?yōu)槎嚯娫?，?dǎo)致短路電流的分布和方向發(fā)生變化。光伏逆變器、儲(chǔ)能PCS均為電力電子設(shè)備，其本身針對(duì)故障的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和斷路器的組合。

例如，變壓器低壓側(cè)短路時(shí)，電網(wǎng)和光伏、儲(chǔ)能可能同時(shí)向故障點(diǎn)注入電流，保護(hù)邏輯設(shè)置不合理可能誤動(dòng)或無(wú)法快速隔離故障。其次，傳統(tǒng)的低壓斷路器過(guò)流保護(hù)可能無(wú)法滿足各級(jí)保護(hù)選擇性要求，需確保故障發(fā)生時(shí)僅切除故障區(qū)域，避免因保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，影響充電站運(yùn)行可靠性。繼電保護(hù)配置還需要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)于分布式電源接入電網(wǎng)的相關(guān)要求。

2.1 樁級(jí)保護(hù)

GBT51313-2018《電動(dòng)汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于非車載充電機(jī)（直流充電樁）的保護(hù)要求如下：“4.0.6非車載充電機(jī)應(yīng)具備交流輸入過(guò)壓保護(hù)、交流輸人過(guò)流保護(hù)、直流輸出過(guò)壓保護(hù)、直流輸出過(guò)流保護(hù)和內(nèi)部過(guò)溫保護(hù)等功能。”直流充電樁保護(hù)功能主要由直流充電樁內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)，可以結(jié)合GB51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》“13.5.5儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)、電動(dòng)車充電等場(chǎng)所的末端回路應(yīng)設(shè)置限流式電氣防火保護(hù)器。”要求，部分直流充電樁可加裝限流式保護(hù)器。

對(duì)交流充電樁要求“4.0.7 交流充電樁應(yīng)具備過(guò)負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)功能。交流充電樁漏電保護(hù)應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)*1部分:通用要求》GB/T18487.1的有關(guān)規(guī)定。”結(jié)合《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，交流充電樁配置電氣防火限流式保護(hù)器，快速實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷、短路保護(hù)和漏電保護(hù)。

2.2 0.4kV回路繼電保護(hù)

光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器本身具備比較完善的保護(hù)功能，不需要另外配置保護(hù)裝置。根據(jù)根據(jù)GB/T 19964《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》要求，在并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置防孤島保護(hù)裝置，在電網(wǎng)停電時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)光伏和儲(chǔ)能并網(wǎng)斷路器，防止孤島運(yùn)行向電網(wǎng)送電。并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括電流/電壓/總諧波畸變率、電壓合格率、電壓波動(dòng)/閃變等，配置APView400電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。此外，為了滿足0.4kV保護(hù)選擇性要求，在發(fā)生故障時(shí)縮小故障范圍，可以在主要回路配置低壓保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)速斷、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、欠/過(guò)電壓保護(hù)、漏電保護(hù)等等。

2.3 10kV回路繼電保護(hù)

10kV進(jìn)線回路和變壓器分別配置線路保護(hù)裝置AM5SE-F和變壓器保護(hù)裝置AM5SE-T，如變壓器高壓側(cè)不設(shè)置斷路器，則在進(jìn)線處設(shè)置變壓器保護(hù)裝置。進(jìn)線保護(hù)和變壓器保護(hù)均應(yīng)設(shè)置帶方向的電流速斷、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)，變壓器保護(hù)還需要配置非電量保護(hù)，包括溫度保護(hù)、開(kāi)門(mén)保護(hù)，油浸式變壓器還需要設(shè)置瓦斯保護(hù)。

根據(jù)《電能質(zhì)量管理辦法（暫行）》和《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》，分布式電源用戶公共連接點(diǎn)還需要監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，需要配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置；如是自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)的用戶還需要設(shè)置防逆流保護(hù)或防逆流調(diào)節(jié)裝置。

2.4 協(xié)調(diào)控制器

協(xié)調(diào)控制器ACCU-100具備智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等功能之外，還具備新能源的使用策略控制功能，可以按照預(yù)設(shè)的邏輯控制光伏出力、儲(chǔ)能充/放電、充電樁充電控制以及負(fù)荷調(diào)節(jié)等功能，并與云端平臺(tái)進(jìn)行交互，響應(yīng)云端策略配置。

3 充電樁設(shè)備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設(shè)計(jì)，單樁額定充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁額定電流250A，滿足用戶快速充電需求。具備交流輸入過(guò)壓保護(hù)、交流輸人過(guò)流保護(hù)、直流輸出過(guò)壓保護(hù)、直流輸出過(guò)流保護(hù)和內(nèi)部過(guò)溫保護(hù)等功能

圖3.1 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁

除了分體式充電樁外，公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁，滿足各種場(chǎng)合的充電要求。

4 智慧能源管理平臺(tái)

AcrelEMS智慧能源管理平臺(tái)融合電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能，可以幫助光儲(chǔ)充一體化充電站提高供電可靠性，優(yōu)化能源使用策略，就地消納新能源發(fā)電，降低充電成本。

4.1 充電運(yùn)營(yíng)管理

安科瑞充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過(guò)APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺(tái)支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖4.1 充電運(yùn)營(yíng)管理

4.2 光伏儲(chǔ)能能量管理

能量管理策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動(dòng)融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運(yùn)行前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負(fù)荷，短時(shí)柔性擴(kuò)容，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)。同時(shí)在不允許對(duì)電網(wǎng)送電的情況下還可以通過(guò)調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖4.2 光伏、儲(chǔ)能、充電樁能量管理

4.3 有序充電管理

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷率，計(jì)算變壓器剩余容量，結(jié)合充電需求和儲(chǔ)能系統(tǒng)放電容量對(duì)充電進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，包括：用戶權(quán)限識(shí)別、充電行為統(tǒng)計(jì)、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價(jià)格等方式來(lái)引導(dǎo)用戶充電需求，提高電網(wǎng)對(duì)充電的友好度和容納能力。

圖4.3 有序充電管理

5 結(jié)束語(yǔ)

光伏儲(chǔ)能一體化充電站采用分層分級(jí)保護(hù)和監(jiān)控來(lái)提高供電可靠性和分布式電站運(yùn)行合規(guī)性，配合智慧能源管理平臺(tái)和合理的新能源控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)充電與經(jīng)濟(jì)性平衡。AcrelEMS智慧能源管理平臺(tái)結(jié)合安科瑞各類繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置，可以同時(shí)管理分散在各區(qū)域的數(shù)量眾多的各類充電站，根據(jù)充電站來(lái)制定控制策略，從而使充電站更清潔、有效的運(yùn)行。