淺析風光互補系統在充電樁上的應用及規劃

摘 要：近幾年來，清潔能源的利用是當今環境保護以及能源利用重點關注的方面，同時相對的利用效率以及范圍也須相應地提高。本文針對擁有風光互補特性的充電樁進行探究，找到其最優的應用場所，并提出了相對的規劃措施。為進一步高效利用清潔能源和新能源設施的推陳出新提供相對理論依據和新的思路。

關鍵詞：清潔能源;風光互補系統;充電樁規劃;充電模式;新能源技術

文獻標識碼：A

隨著社會的發展進步，環境問題逐漸受到大家的重視，汽車尾氣污染是環境污染的一大來源，所以政府出臺政策扶持了大量的電動汽車清潔能源項目。電動汽車越來越多的電動汽車出現在大眾視野中，近幾年可以說是已經基本滲透普及。相對的充電樁的研究以及規劃也在不斷推陳出新中，從入網式的快速充電樁到離網式太陽能充電樁和本文中的風光互補系統在充電樁上的應用，使得充電樁可以在區域負荷較大的情況下采用離網式發電供給電動車充電。

本文主要針對風光互補充電樁的實際應用以及規劃進行詳細分析，通過區域供電需求規劃處適合區域的充電樁規劃方案，解決目前新能源充電樁的實際規劃及應用問題。

1 風光互補充電樁的構成

如上圖風光互補充系統由風力發電機和太陽能電池板經過AC/DC變換器再由MPPT控制，由于兩種發電方式的不同，所以采用了兩個變換控制器對輸出進行監測，對于運行期間各項數據的內容進行實時的反饋。負載采用鉛酸蓄電池，鉛酸電池由于其原材料豐富，制造成本低，因此鉛酸電池作為本風光互補系統的儲能單元，負載接入母線前應經過雙向DC換流器。

太陽能發電輸出電能為直流電，風力發電輸出的為交流電，風力發電機發電后采用AC/DC變換器與輸出的太陽能一起連接到直流母線。

本設計的風光互補充電樁采用入網模式：當風力發電機和太陽能電池板發電不足以供給電動汽車電能時本系統切換到大電網提供電能，以保證電能輸出的穩定性。相反的，當充電樁分布的地區充電需求不高時，充電樁風光互補系統發電可向上級供電接入大電網，經變換器和變壓器升壓與大電網進行連接，由電網的調配控制中心進行電能分配，減少了電能的浪費，充分利用了自然資源提供的能量。

2 風光互補充電樁應用分析

對于充電樁的建設需求總體影響因素有以下幾點：（1）充電量總需求。（2）充電汽車運行模式。（3）動力電池的特性。（4）充電時間。（5）場所及其他環境因素條件。針對以上幾點因素結合該風光互補的特性做了以下幾點分析。

該風光互補系統對于地理位置要求和其應用場景都有一定的要求，相對于山區多光多風的環境，就比較適合這種充電樁的特性，海邊大部分多風，風能大于太陽能，這時我們可以采用大風機配合小型的太陽能光伏板，城市地區普遍太陽能資源豐富，我們可以采用大的太陽能光伏板配合小風力發電機。對于實際應用還需采用負荷預測對其實際歷年來的需求和能量資源的分布進行實際規劃。

電動汽車充電方式分為三種：慢速充電、半快速充電及快速充電。

對于應用與小區內的充電樁可以采用慢速充電，小區內充電樁一般為晚上負荷需求較大，可以采用蓄電池在晚間對私家車進行慢速充電。慢速充電需求充電時間較長，對充電電池的損傷較小，對配電網的影響也較小，白天風力發電與太陽能發電同時工作，給予儲能單位較多的儲存電量，蓄電池采用白天儲能夜間放電的方式在系統內進行工作。

公路旁的專業充電站，應采用快速充電方式，可將風光互補充電系統的充電樁進行入網運行，作為輔助快速充電樁的一種能量供給形勢。在白天需要大規?？焖俪潆姇r，風光互補系統可提高充電樁的電能質量，保障快速充電樁的穩定運行，同時減少大量電動車充電負荷對該地區配網的影響。

半快速充電多應用于公共場所，類似商場超市、車站等。充電時間相比前兩種屬于中置位置，商業用電相比其他充電費用較高，而且公共場所充電對于風光互補特性需求較低，由于風光互補系統占地較大等因素，所以此半快速充電類型充電樁不建議采用風光互補的模式。

3 充電樁規劃及要求

對于普通充電樁的規劃，政府已經出臺了一系列措施。電動汽車充電設施的布局應符合國家出臺政策及標準。衡量充電設施“需求”的主要指標是交通量與服務半徑兩個要素;決定“可能性”與否關鍵在于交通、環保及區域配電能力等外部環境條件與該地區的建設規劃和路網規劃。風光互補充電樁基于它本身充電樁的能量來源特性，可應用場所多于普通充電樁，緩解區域配電能力。

主要考慮以下幾點要求：

（1）充電設施分布結合可利用風能太陽能的分布與電動汽車交通密度。

（2）結合電動汽車自身的運行特點以及各區域的實際需要計算服務半徑。

（3）充電設施布局是對不同區域的充電設施需求條件分析后得出的結果，但是充電設施具體選址定點還須考慮其實施的可能條件。因此充電設施的設置應滿足城市總體規劃和路網規劃總體要求。

（4）充電設施的設置應充分考慮本區域的輸配電網現狀和未來發展。電動汽車充電設施運營時可能需要高功率的電力供應支撐，在進行充電設施布局規劃時，應結合電網規劃，以提高充電設施電能供應的安全性和穩定性，為充電設施運營提供可靠的電力供應保障。另外，由于電動汽車充電設備是一種非線性負荷，工作時產生的諧波電流很高，諧波注入電網會造成電能質量降低等負面影響。在充電設施快速短時充電時，由于負荷變化太快，沖擊電壓也可能對電網造成影響。這些都需要在建設充電設施時予以考慮。

（5）充電設施布局應充分考慮電動汽車未來發展趨勢，隨著國家強力推動，電動汽車行業將會出現長足發展。規劃應具有前瞻性和全局性，能夠適應未來數年內電動汽車的發展要求。

在智能電網的未來圖景中，電動汽車充電設施將扮演耗能和分布式儲能的雙重身份。通過電動車與電網間能量的轉換，電動汽車的車主可以低價在夜間用電低谷時充電，在白天電網處于負荷高峰時，則可以把電池內的電能高價回賣給電網，從而實現最優化的用電模式。

國家電網公司提出建設堅強智能電網，這將與電動汽車行業的大發展起到相互促進的作用。有了智能電網，電動汽車的電能來源將更加豐富，通過太陽能、風能等方式獲得電力，真正達到減排的作用。

為實現充電設施系統的統一管理、優化運行，更好地滿足電動汽車充電服務的需求，需要建設統一的電動汽車充電設施監控中心系統作為業務支撐平臺，而監控總站的建設則是中心系統的硬件基礎。

應建設統一的電動汽車充電設施監控中心系統，它應能對分布于各區域的充電設施實現集中式監視和部分控制功能，實現充電設施用電、充電實時數據監控，對充電設施記錄數據的集中存儲和分析，同時還應具備一定的擴展能力，為電動汽車作為移動儲能在受控狀態下接入電網提供技術支持。

智能電網結合新能源充電樁遠期還可根據技術發展和實際需要，補充監控視頻接入、營銷費用對賬單、營銷重要客戶分析、運維系統支持、充電設施充電時段分析、充電設施經濟效益分析和充電設施分布熱盲點分析等功能，擁有此功能可以更好的對于新興能源技術發展進行監察查漏補缺。

為此，根據對充電設施的規劃，建議規劃建設集中充電站建成的同時，配套建設監控總站1座。建議往后基本實現每個集中充電站配套建設1座監控總站。

4 結語

從全球視野來看，世界應對全球氣候變化的嚴峻形勢對能源技術提出了更迫切的需求，新能源技術與智能電網相結合作為主要的低碳能源技術將引領新能源革命。增加智能電網的發展，使電動汽車的新能源充電設施充電設施在交通能源供應中的比重提高成為可能，并為新能源的集約化開發和應用提供了強大平臺?；茉匆约安豢稍偕茉凑诒晃覀兿拇M，我們應該利用新能源技術利用可再生能源優化我們的環境以及出行方式，電動汽車正在逐漸普及，為解決城市汽車尾氣污染問題、霧霾問題。為充分利用太陽能以及風能等清潔能源，設計研究了風光互補型充電樁，讓新能源可以合理地利用。緩解了電網調度的壓力，同時擴大了充電樁的規劃適用范圍。尤其是對于一些天然資源分布廣泛的地區充分利用新能源提供了思路。

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作者簡介：張晨宇（1993—），男，漢族，四川廣安人，電氣工程碩士研究生，研究方向：電氣工程及其自動化、新能源技術。