摘要：針對當前充電站建設存在的問題,對景區停車場進行改造,新建停車棚光伏發電系統和新能源汽車充電站,利用太陽能光伏發電給充電站提供電能。闡述了在景區停車場建設新能源充電站的重要性和建設車棚光伏發電系統的有利條件,從一體化系統的配置、經濟效益等方面進行深入分析,并根據建設技術難點提出了相應的解決措施。

關鍵詞：光伏發電;電動汽車充電樁;一體化車棚;停車場

0引言

在實現“雙碳”目標的背景下,大力發展新能源科技產業勢在必行。新能源汽車以其環保、節能特性,作為無污染交通工具具有無*比擬的優*性,成為當今汽車和發電行業發展的潮流和熱點之一。據中商情報網報道,2022年新能源汽車產量達到705.8萬輛,同比增長96.9%。與之配套的充電基礎設施建設嚴重滯后,過渡依賴個人充電樁,公共停車場充電設施分布不均,充電費用高、維護管理缺失問題日益突出。近年來,政府積極鼓勵社會資本投資建設充電基礎設施,提升充電服務質量,解決電動汽車應用的痛點,針對社區、集市、企事業單位、景區各類應用場景都積極鼓勵建設配套充電設施,市區內的配套建設進度較快,但在遠離市區的各類景區受到電源接入安全性、投資等影響進度較慢,間接影響自駕游客的體驗。伴隨新能源應用快速發展的光伏發電也發展迅速,在光伏新能源項目中,分布式光伏發電項目倡導就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用的原則,應用廣泛。

針對景區停車場面積大、車流量大、光照強的特點,本文提出一種新能源提升解決方案,在景區停車場搭建車棚光伏,給自駕車輛提供避免日曬雨淋的場所,提升景區品質的同時也能光伏綠色發電。在停車場建設充電站,安裝充電設施給電動汽車充電,解決電動汽車自駕出游的難題。景區停車場光伏發電和電動汽車充電站一體化設計實現了這一設想。

1光伏發電和汽車充電站一體化的重要性

公安部交通管理局數據顯示,截至2023年底,全國機動車保有量達4.35億輛,其中汽車為3.36億輛,新能源汽車為2041萬輛,是汽車總量的6.07%。景區作為以自駕旅游為主的目的地,普遍建成僅具露天單一功能的停車場,隨著電動汽車出行的增加,對充電需求旺盛,配套充電設施滯后,將會嚴重影響以電動汽車出游的游客體驗。景區停車場車棚光伏發電和電動汽車充電站一體化是一種新型發電、充電模式,將光伏發電應用到充電站中為電動汽車充電提供了很好的方法。在該模式下,白天光伏發電可以直接并網至箱變低壓側后輸送到充電樁,為電動汽車提供充電服務,系統同時通過箱變接入城市電網,在充電需求較少時段,光伏發電生產的富余電能可以向城市電網供電,實現“自發自用,余電上網”,享受優質低價的綠色電能,富余電能還能創造發電收入;夜間可以利用電網低谷電價給電動汽車充電,降低充電成本;同時通過全面覆蓋光伏板,給車輛提供避風擋雨、防止太陽曝曬的車棚效果,提升游客和車主旅游體驗。與傳統充電站相比,一體化充電站能夠有效提高電力系統的運行效率。

2景區高壓電網引入方案

景區多距市區較遠,用電量要求較高。景區電網一般伴隨景區開發建設,前期已建成景區很少考慮后期車輛充電要求,很少有大容量電源引入停車場。本例需要從景區周邊電網單獨接引10kV高壓專線電源,通過10kV網環柜引入1路專線。綜合考慮運營和檢修效率,分別建設2座箱式變電所(1座10kV環網型箱變和1座10kV終端型箱變),負荷等級為三級。計量采用高供高計,在環網型箱變內設專用高壓計量柜,安裝具備雙向功能的計量表和負荷監控終端,用于遠程監控和采集電量數據,用電類別為大工業峰谷分時用電。

箱變需求容量計算:方案設置40個充電車位,其中直流充電樁38個,每個60kW,液冷超充2個,每個40kW直流單樁,共計2360kW。

計算方法:采用需要系數法,需要系數取0.6,計算式為:

Sjs=PeKηcoφ=023.8650××00.9.65=1753kVA

式中,Sjs為充電設備計算容量;Pe為充電設備總額定功率;η為系統工作效率;cosφ為充電設備功率因數;K為需要系數。

根據計算結果,選擇2臺1000kVA箱式變壓器較為適宜,在0.4kV低壓母線側按30%比例設自動投切無功補償裝置

3系統設計方案

系統設計原理如圖1所示,外電源從市政電網引入1路10kV電源至1#環網箱變,從1#環網箱變分出1路10kV引至2#終端箱變。

圖1車棚光伏充發電原理圖

箱變低壓部分設出線柜5個,其中2個出線柜引出0.4kV至5座充電樁總控箱,3個出線柜引出0.4kV至交流并網柜。每個充電樁總控箱帶8臺充電樁,每個充電車位均安裝充電樁,為40個位提供充電服務。光伏發電部分共設2030塊光伏板,其中每10或15塊組成1組件串后并聯接入9臺專用逆變器。通過逆變器將直流電壓轉換為380V交流電輸出,輸出電能接入箱變低壓側并網柜,并網柜與低壓出線柜通過電纜與母線開關連接,將光伏發電電能提供給充電樁,電能富余時則通過箱變反送市政電網。

4Acrel-2000MG光儲充電站能量管理系統

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統滿足光伏系統、儲能系統以及充電站的接入，進行數據采集分析，直接監視光伏、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理、智能預測為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進新能源消納，降低供電成本。

4.2系統架構

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

5充電站能量管理系統主要功能

5.1預測算法

光伏發電功率預測系統通過采集數值天氣預報數據、實時環境氣象數據、光伏電站實時輸出功率數據、光伏組件運行狀態等信息，結合相關算法模型，實現短期功率預測（預測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）、超短期功率預測（預測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負荷預測根據歷史負荷數據，結合生產計劃、天氣等因素預測下一個周期的負荷需求，協助安排能源計劃和控制策略。

系統結合光伏發電預測和負荷預測數據計算充電可用容量，結合充電歷史特點對儲能進行充放電控制，或調整電動汽車充電功率、價格進行調控，提高系統穩定性的同時降低充電成本。

圖2光功率預測

5.2光伏儲能能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈論的功率協調分配技術，基于在通用設計平臺和運行環境上開發能量協調控制策略，實現配網、分布式可再生能源發電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動融合和靈活調配。系統在保障變壓器安全運行前提下進行優化調控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網送電的情況下還可以通過調節光伏發電、儲能充電、調節充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖3能量管理策略

5.3有序充電

有序充電策略主要根據負荷允許容量變化來進行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權限優先等策略，保障電網運行穩定。系統實時監測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結合充電需求和儲能系統放電容量對充電進行動態控制，包括：用戶權限識別、充電行為統計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調整充電價格等方式來引導用戶充電需求，培養用戶充電習慣，提高電網對充電的友好度和容納能力。

圖4有序充電管理

5.4充電運營管理

安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監控、收益分析等功能。

圖5充電運營管理

6.硬件及其配套產品

777.結束語

景區停車場車棚光伏發電和電動汽車充電站一體化體現了太陽能光伏發電與電動汽車停車、充電及與市電網的有機融合,可以減輕電動汽車充電對電網的沖擊,充分發揮景區停車場功能,實現光伏發電、旅游停車、充電三不誤,提升景區品質,既解決了電動汽車充電設施分布不均的問題,也降低了高峰期充電費用,提升了游客體驗獲得感。通過對光伏發電和充電站建設的技術和經濟分析,可以得出在景區建設車棚光伏發電和電動汽車充電站一體化系統的可行結論。該系統充分體現了節能環保減排的社會效益,約10年收回建造成本,按項目周期計算凈利潤超5000萬元,具有*好的經濟效益和社會效益,符合我國“雙碳”目標下新能源發展的要求。