景区停车场光伏发电和充电站一体化 系统解决方案

摘要：针对当前充电站建设存在的问题,对景区停车场进行改造,新建停车棚光伏发电系统和新能源汽车充电站,利用太阳能光伏发电给充电站提供电能。阐述了在景区停车场建设新能源充电站的重要性和建设车棚光伏发电系统的有利条件,从一体化系统的配置、经济效益等方面进行深入分析,并根据建设技术难点提出了相应的解决措施。

关键词：光伏发电;电动汽车充电桩;一体化车棚;停车场

0引言

在实现“双碳”目标的背景下,大力发展新能源科技产业势在必行。新能源汽车以其环保、节能特性,作为无污染交通工具具有无*比拟的优*性,成为当今汽车和发电行业发展的潮流和热点之一。据中商情报网报道,2022年新能源汽车产量达到705.8万辆,同比增长96.9%。与之配套的充电基础设施建设严重滞后,过渡依赖个人充电桩,公共停车场充电设施分布不均,充电费用高、维护管理缺失问题日益突出。近年来,政府积极鼓励社会资本投资建设充电基础设施,提升充电服务质量,解决电动汽车应用的痛点,针对社区、集市、企事业单位、景区各类应用场景都积极鼓励建设配套充电设施,市区内的配套建设进度较快,但在远离市区的各类景区受到电源接入安全性、投资等影响进度较慢,间接影响自驾游客的体验。伴随新能源应用快速发展的光伏发电也发展迅速,在光伏新能源项目中,分布式光伏发电项目倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则,应用广泛。

针对景区停车场面积大、车流量大、光照强的特点,本文提出一种新能源提升解决方案,在景区停车场搭建车棚光伏,给自驾车辆提供避免日晒雨淋的场所,提升景区品质的同时也能光伏绿色发电。在停车场建设充电站,安装充电设施给电动汽车充电,解决电动汽车自驾出游的难题。景区停车场光伏发电和电动汽车充电站一体化设计实现了这一设想。

1光伏发电和汽车充电站一体化的重要性

公安部交通管理局数据显示,截至2023年底,全国机动车保有量达4.35亿辆,其中汽车为3.36亿辆,新能源汽车为2041万辆,是汽车总量的6.07%。景区作为以自驾旅游为主的目的地,普遍建成仅具露天单一功能的停车场,随着电动汽车出行的增加,对充电需求旺盛,配套充电设施滞后,将会严重影响以电动汽车出游的游客体验。景区停车场车棚光伏发电和电动汽车充电站一体化是一种新型发电、充电模式,将光伏发电应用到充电站中为电动汽车充电提供了很好的方法。在该模式下,白天光伏发电可以直接并网至箱变低压侧后输送到充电桩,为电动汽车提供充电服务,系统同时通过箱变接入城市电网,在充电需求较少时段,光伏发电生产的富余电能可以向城市电网供电,实现“自发自用,余电上网”,享受优质低价的绿色电能,富余电能还能创造发电收入;夜间可以利用电网低谷电价给电动汽车充电,降低充电成本;同时通过全面覆盖光伏板,给车辆提供避风挡雨、防止太阳曝晒的车棚效果,提升游客和车主旅游体验。与传统充电站相比,一体化充电站能够有效提高电力系统的运行效率。

2景区高压电网引入方案

景区多距市区较远,用电量要求较高。景区电网一般伴随景区开发建设,前期已建成景区很少考虑后期车辆充电要求,很少有大容量电源引入停车场。本例需要从景区周边电网单独接引10kV高压专线电源,通过10kV网环柜引入1路专线。综合考虑运营和检修效率,分别建设2座箱式变电所(1座10kV环网型箱变和1座10kV终端型箱变),负荷等级为三级。计量采用高供高计,在环网型箱变内设专用高压计量柜,安装具备双向功能的计量表和负荷监控终端,用于远程监控和采集电量数据,用电类别为大工业峰谷分时用电。

箱变需求容量计算:方案设置40个充电车位,其中直流充电桩38个,每个60kW,液冷超充2个,每个40kW直流单桩,共计2360kW。

计算方法:采用需要系数法,需要系数取0.6,计算式为:

Sjs=PeKηcoφ=023.8650××00.9.65=1753kVA

式中,Sjs为充电设备计算容量;Pe为充电设备总额定功率;η为系统工作效率;cosφ为充电设备功率因数;K为需要系数。

根据计算结果,选择2台1000kVA箱式变压器较为适宜,在0.4kV低压母线侧按30%比例设自动投切无功补偿装置

3系统设计方案

系统设计原理如图1所示,外电源从市政电网引入1路10kV电源至1#环网箱变,从1#环网箱变分出1路10kV引至2#终端箱变。

图1车棚光伏充发电原理图

箱变低压部分设出线柜5个,其中2个出线柜引出0.4kV至5座充电桩总控箱,3个出线柜引出0.4kV至交流并网柜。每个充电桩总控箱带8台充电桩,每个充电车位均安装充电桩,为40个位提供充电服务。光伏发电部分共设2030块光伏板,其中每10或15块组成1组件串后并联接入9台专用逆变器。通过逆变器将直流电压转换为380V交流电输出,输出电能接入箱变低压侧并网柜,并网柜与低压出线柜通过电缆与母线开关连接,将光伏发电电能提供给充电桩,电能富余时则通过箱变反送市政电网。

4Acrel-2000MG光储充电站能量管理系统

4.1平台概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统满足光伏系统、储能系统以及充电站的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理、智能预测为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进新能源消纳，降低供电成本。

4.2系统架构

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5充电站能量管理系统主要功能

5.1预测算法

光伏发电功率预测系统通过采集数值天气预报数据、实时环境气象数据、光伏电站实时输出功率数据、光伏组件运行状态等信息，结合相关算法模型，实现短期功率预测（预测光伏电站未来0h-72h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）、超短期功率预测（预测未来15min-4h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）功能。负荷预测根据历史负荷数据，结合生产计划、天气等因素预测下一个周期的负荷需求，协助安排能源计划和控制策略。

系统结合光伏发电预测和负荷预测数据计算充电可用容量，结合充电历史特点对储能进行充放电控制，或调整电动汽车充电功率、价格进行调控，提高系统稳定性的同时降低充电成本。

图2光功率预测

5.2光伏储能能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈论的功率协调分配技术，基于在通用设计平台和运行环境上开发能量协调控制策略，实现配网、分布式可再生能源发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图3能量管理策略

5.3有序充电

有序充电策略主要根据负荷允许容量变化来进行充电许可或充电功率控制，采用先到先充或权限优先等策略，保障电网运行稳定。系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，培养用户充电习惯，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图4有序充电管理

5.4充电运营管理

安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图5充电运营管理

6.硬件及其配套产品

777.结束语

景区停车场车棚光伏发电和电动汽车充电站一体化体现了太阳能光伏发电与电动汽车停车、充电及与市电网的有机融合,可以减轻电动汽车充电对电网的冲击,充分发挥景区停车场功能,实现光伏发电、旅游停车、充电三不误,提升景区品质,既解决了电动汽车充电设施分布不均的问题,也降低了高峰期充电费用,提升了游客体验获得感。通过对光伏发电和充电站建设的技术和经济分析,可以得出在景区建设车棚光伏发电和电动汽车充电站一体化系统的可行结论。该系统充分体现了节能环保减排的社会效益,约10年收回建造成本,按项目周期计算净利润超5000万元,具有*好的经济效益和社会效益,符合我国“双碳”目标下新能源发展的要求。