高速公路光儲式換電站的分析

李瀟瀟 趙子青 李悅悅 徐忠良 侯占武 馬一鳴

摘 要：本文提出利用高速公路服務區和收費站的空閑場地建設光儲式電動汽車換電站，對電動汽車充電與換電方式的特點進行了比較，分析了光儲式電動汽車換電站的結構與能量流動回路，最后闡述了光儲式電動汽車換電站的運行工況。

關鍵詞：高速公路；光儲式；換電站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.151

1 緒論

為推動新能源的健康發展，展現綠色通行的理念，本文提出利用高速服務區和收費站的屋面、空地、停車場等建設光儲式電動汽車換電站，集太陽能光伏并網發電、太陽能光伏獨立發電、電動汽車換電功能于一體。既可以實現光伏并網發電，又可以實現對電動汽車的快速更換電池的能力，同時可以作為高速服務區的備用供電源。不僅是節約土地資源和提升高速公路形象的重要體現，同時還對能源結構的優化有重要意義。

2 電動汽車充電與換電方式的特點比較

（1）采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時間為5-8h。這種充電方式的主要缺點是充電過程所消耗的時間過長，不能滿足用戶的便捷實用需求。

（2）快速充電方式，該方式下用較大電流對蓄電池組短時間充電。這種方式的主要問題是會嚴重影響蓄電池組的壽命，此外安裝成本和充電安全要求較高 [1]。

（3）換電方式，即通過直接更換電池組來達到為電動汽車充電的目的。該方式解決了縮短充電時間、保證電池質量、延長續駛里程等難題，有利于提高車輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性 [2-3]。

3 光儲式電動汽車換電站的原理與能量流動回路

光儲式換電站的原理是將太陽能通過光伏組件轉換的電能，既通過光伏充電控制器傳遞到蓄電池中儲存起來，又可以通過并網逆變器向電網輸送電能。這樣一部分電能給電動汽車充電使用，另一部分電能逆變后并入電網。此外光伏電站也可充當高速公路服務區的備用電源。當系統中的監控單元檢測到電網發生故障而無法供電時，可迅速切斷系統與電網的連接，立刻投入逆變器進行離網供電。當電網解除故障后，系統可轉換到正常工作狀態。

本方案有5個能量流動回路（如圖1所示）。這5個回路具體作用和工作方式說明如下。

（1）回路1實現對光伏發電進行儲能的作用：將太陽能電池組件發出的直流電通過儲能系統內部的控制器儲存在蓄電池組中。

（2）回路2實現對儲能系統中蓄電池組的逆變并網的作用：儲能系統中蓄電池組儲存的電能通過逆變器變為的交流電后進入電網。

（3）回路3實現對光伏系統的電能進行并網發電：光伏組件發出的直流電經逆變后進入電網。在輻照條件較好的情況下，如果光伏系統發出的電能在除滿足換電站的需要之外還有盈余，可以通過該回路向電網售電以獲得經濟收益。

（4）回路4實現儲能系統饋電的功能：其中涉及到兩部分能量變換，一是儲能系統到充電機（DC/DC變換）；二是充電機到電網（DC/AC變換）。該回路是回路2的備用回路，因為回路2和回路3中的逆變器是共用的，所以回路2和回路3不能同時工作。因此當回路3導通時，蓄電池組中儲存的電能可通過回路4饋送至電網。

（5）回路5實現市電充電功能：該回路的能量流動方向與回路4的能量流動方向相反。當電網電價低于電網平均電價時，可通過回路5從電網中獲取差額電能，向儲能系統充電。

4 光儲式電動汽車換電站的運行工況

光儲式電動汽車換電站首先滿足換電站用電，富余的電能可以通過管理系統的調度來實現智能運行。該系統可分為以下幾種工況：

（1）輻照資源充足時，光伏系統發出的電能除滿足換電站用電外還有盈余，該狀態下系統向電網送電。

（2）輻照資源不充足時，光伏系統無法滿足換電站的負載用電需要，需要向電網購電以滿足換電站的用電需求。

（3）陰雨天或夜間條件下，光伏系統不產生能量，只能通過向電網購電滿足換電站供電需求。

（4）電網出現故障時，光伏電站和電池組可以同時逆變成交流電為服務區供電，此時可停止電動汽車的更換電池服務。

5 結語

綜上所述，高速公路與光儲式電動汽車換電站共同開發的模式既可最大限度地利用新能源，又可以推動電動汽車行業的發展，還可以緩解電力供給的緊張情況，是未來新能源發展的新出路。可再生能源與電動汽車的結合，是發展綠色出行、高效利用新能源的良好途徑。

參考文獻：

[1]任延吾.高速路上電動汽車充電樁解析[J].電子世界，2017（04）：114-115.

[2]苗軼群，江全元，曹一家.基于微電網的電動汽車換電站運營策略[J].電力系統自動化，2012，36（15）：33-38.

[3]陳征，劉念，路欣怡等.考慮換電儲備的電動汽車光伏換電動態功率分配方法[J].電工技術學報，2014，29（04）：306-315.

作者簡介：李瀟瀟（1980-），男，遼寧沈陽人，博士，高級工程師，主要研究方向：光伏系統優化和光伏建筑一體化發電系統設計。