高速公路光儲充電站發電站運維管理策略控制系統解決方案

高速公路上的充電網絡基本建設完成，并且得到了快速的發展。因此為確保高速公路服務區內光儲充電站的應用需求能夠得到滿足，須引入清潔綠色電力，與此生成高速公路能源保障機制，以增加交通出行環節的用電便利性。

由于傳統燃油汽車在使用過程中限制性因素有所增加，使得新能源汽車在近年來越來越受人們的青睞。相關數據顯示，截至2022年國內的新能源占國際比重的60%以上。并且到2023年4月底國內的新能源汽車已經完成了49.44萬輛的銷售額，同比增長86.28%。

一.項目背景

本文以某區域內的光儲充電站發電項目為例，其日均發電量約為4000kWh，可滿足該服務區內的日均用電需求。其在本地的光伏發電項目中光儲充能源項目的容量是1.296MV，光伏區域的占比約為69.32%，而其中充電樁區域的實際占比是3.62%，儲能區域的占比是21.04%。其具備實現充電樁+光伏+儲能為一體的功能。并且服務區內會將所產生的電量，優先給到充電樁使用，然后給到儲能系統進行充電。將剩余的部門服務區使用，若服務區內存在無法消納的電量，則直接與公共電網對接。

二.高速公路服務區光儲充電站運行控制問題

結合對的研究可知，在使用電動汽車時，日均充電高峰為下午5：00～7:00點，下午的12:00～16:00點以及夜間的23：00至次日1：00點。并且用戶的平均充電量為245/6kWh，充電時長約為49.3min。單次的充電金額是25元，每日需充電1.4次。在此背景下，即便充電基礎設施目前已經取得進步，但仍存在一些問題，值得相關人員研究及改善，具體如下：

①充電網絡覆蓋率低：國內目前已經建成了4.9萬km的高速公路快充網絡，而在部分區域內的支線地帶，仍存在未覆蓋的情況，因為技術故障以及車位被占據等因素影響，使App內顯示有可充電車位，但達到后卻被燃油車或者是其他車輛占位，無法進行充電。因為布局有盲點，所以充電網絡覆蓋度整體較低。

②充電車位環境較差：在充電車位附近的管理工作仍須加強，在完成充電后，存在隨意扔充電槍等問題。也存在車主插隊充電等情況，降低新能源汽車使用者的體驗感。

③充電樁缺少維護：充電樁的整體布局方式不合理，因為各個充電設施的運營企業未合理地處理充電App，使人們所使用的導航服務仍有欠缺。使汽車的保有量下降并且充電站內的冷熱分布不均勻，區域性充電樁限制，還有部分區域無樁可用，接口不兼容，充電樁損壞等問題，都是充電樁在維護環節可能遇見的問題。

④相關配套設施匱乏：在高速公路內的偏遠地帶存在充電樁數量不足的情況，相關配套設施的匱乏，無法保證充電站能夠完成超前布局，使分散建樁更不易被管理。若存在自行建樁的情況，也會增加安全性方面的影響

三. 高速公路服務區光儲充電站運行控制措施

① 提高充電網絡覆蓋度，加強光儲充電系統設計：

為實現對高速公路服務區內光儲充電站的控制，應提高充電網絡的覆蓋度，適當加強系統設計，運用成對方式，將充電站布置在公路的兩端。這樣，采用地區電網的供電方式，則可讓一段由饋電電纜完成接入操作，使得總降電壓的變電室能夠順利提供電能。首先，以某地的服務區為例，在充電樁項目建設期間，可以實現對空地資源的升級改造，增加儲能裝置在此期間的應用，讓所連接的電纜長度有所延長，如此則可降低電壓后續所帶來的影響，從前期設計活動開始，就保障了配電系統的安全性（如圖1所示）。

同時為防止安全方面問題的發生，應確認電壓的超出限值，加強對光伏電源的運行狀況的了解，從而確保相關設備能夠安全地運行。同時，也應把控光伏電源的整體利用率，防止其發生利用率較低的問題。

② 營造良好光儲充電環境，強化光伏發電滲透率：

為營造出良好的光儲充電環境，應對公共充電樁的利用率進行提升。例如，若日均通勤距離為70km，則3～4日完成一次充電即可。此時，應在App內準確標注充電樁的位置，縮短新能源汽車的充電時間。并且，可以結合相關標準中的要求，讓光伏逆變器能夠與控制指令相互對接，讓光伏單元可以更改無功出力的形式。

同時，可采用無功功率的合理調節，讓光伏的發電滲透率有所提高。并且，讓服務區不會處于輕載的條件，使得服務區內的充電樁不會出現電壓超限的情況。另外，也可通過EMS系統的輔助，讓其與集線器、電能質量分析儀、微網控制器相互銜接（如圖2所示），提高光伏逆變器無功容量的利用率，以防止系統中的電量發生過度損失的情況。

③加強對充電樁的維護，制定光儲充電站運行控制方案：

為強化高速公路上光儲充電站運行效果，提升充電樁的利用率，應防止光伏發電系統出現問題。首先，應保證光伏系統的正常運行，避免電壓發生超限的情況，采取行之有效的操作方式，防止資源浪費并將投資回收期縮短。如此，則可加強對充電樁的維護，讓其能夠延長使用年限。其次，應了解光伏負荷用電、光伏發電出力的情況。增加對電價信息等諸多方面的重視。采用合理的控制方式，讓儲能裝置順利充放電。如此，則可增加在光儲充電站運行環節的收益。并且，也可強化儲能逆變器、光伏逆變器的具體功能，讓服務區內的電壓能力有所提升。這樣，則可讓系統中的電能損耗有所減少。

④增加相關配套設施，執行仿真測試及驗證操作：

首先，可采用改建、新建以及擴容的方式，實現對充電樁的合理布局，加強高速公路服務區內充電樁的密度，以保證后續的充電需求能夠得到滿足。并且，可以基于高速公路服務區的運營能力以及建設能力，實現對充電場站服務等級的認證，以保證公共充電網絡服務的質量有所提升。

其次，須實行仿真測試及驗證操作。優先生成數字化的仿真裝置，完成降壓變、供電電網、饋電線路、用電負荷、光伏發電系統、儲能裝置等的組裝操作，形成光儲充電站模型。這樣，則可保證儲能逆變器、光伏逆變器以及能量管理系統的合理銜接。也可依靠RTDS仿真平臺，實現實物控制器與仿真平臺之間的對接。如此，則可采用電壓、SOC、電流、PWM等脈沖信號，實現光伏逆變器與能量管理系統的銜接，使得現場內的控制器能夠保持一致。這樣，則可防止電壓不平衡等問題的發生。

四.Acrel-2000MG充電站微電網管理系統

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、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、風能、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，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

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。

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

五.微電網能量管理系統功能

①實時監控：

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

② 光伏系統界面：

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

③ 儲能界面、PCS參數、BMS參數：

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

④儲能系統PCS電網側、交流側、直流側數據界面：

本界面用來展示對PCS電網側、交流側、直流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

⑤ 儲能電池簇運行數據界面：

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

⑥ 風電界面：

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

⑦ 充電站界面：

本界面用來展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。

Acrel2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析.有序管理和高級控制，滿足微電網運行監視全面化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，實現能源效益、經濟效益和環境效益較大化。