浅析风光互补系统在充电桩上的应用及规划

摘 要：近几年来，清洁能源的利用是当今环境保护以及能源利用重点关注的方面，同时相对的利用效率以及范围也须相应地提高。本文针对拥有风光互补特性的充电桩进行探究，找到其最优的应用场所，并提出了相对的规划措施。为进一步高效利用清洁能源和新能源设施的推陈出新提供相对理论依据和新的思路。

关键词：清洁能源;风光互补系统;充电桩规划;充电模式;新能源技术

文献标识码：A

随着社会的发展进步，环境问题逐渐受到大家的重视，汽车尾气污染是环境污染的一大来源，所以政府出台政策扶持了大量的电动汽车清洁能源项目。电动汽车越来越多的电动汽车出现在大众视野中，近几年可以说是已经基本渗透普及。相对的充电桩的研究以及规划也在不断推陈出新中，从入网式的快速充电桩到离网式太阳能充电桩和本文中的风光互补系统在充电桩上的应用，使得充电桩可以在区域负荷较大的情况下采用离网式发电供给电动车充电。

本文主要针对风光互补充电桩的实际应用以及规划进行详细分析，通过区域供电需求规划处适合区域的充电桩规划方案，解决目前新能源充电桩的实际规划及应用问题。

1 风光互补充电桩的构成

如上图风光互补充系统由风力发电机和太阳能电池板经过AC/DC变换器再由MPPT控制，由于两种发电方式的不同，所以采用了两个变换控制器对输出进行监测，对于运行期间各项数据的内容进行实时的反馈。负载采用铅酸蓄电池，铅酸电池由于其原材料丰富，制造成本低，因此铅酸电池作为本风光互补系统的储能单元，负载接入母线前应经过双向DC换流器。

太阳能发电输出电能为直流电，风力发电输出的为交流电，风力发电机发电后采用AC/DC变换器与输出的太阳能一起连接到直流母线。

本设计的风光互补充电桩采用入网模式：当风力发电机和太阳能电池板发电不足以供给电动汽车电能时本系统切换到大电网提供电能，以保证电能输出的稳定性。相反的，当充电桩分布的地区充电需求不高时，充电桩风光互补系统发电可向上级供电接入大电网，经变换器和变压器升压与大电网进行连接，由电网的调配控制中心进行电能分配，减少了电能的浪费，充分利用了自然资源提供的能量。

2 风光互补充电桩应用分析

对于充电桩的建设需求总体影响因素有以下几点：（1）充电量总需求。（2）充电汽车运行模式。（3）动力电池的特性。（4）充电时间。（5）场所及其他环境因素条件。针对以上几点因素结合该风光互补的特性做了以下几点分析。

该风光互补系统对于地理位置要求和其应用场景都有一定的要求，相对于山区多光多风的环境，就比较适合这种充电桩的特性，海边大部分多风，风能大于太阳能，这时我们可以采用大风机配合小型的太阳能光伏板，城市地区普遍太阳能资源丰富，我们可以采用大的太陽能光伏板配合小风力发电机。对于实际应用还需采用负荷预测对其实际历年来的需求和能量资源的分布进行实际规划。

电动汽车充电方式分为三种：慢速充电、半快速充电及快速充电。

对于应用与小区内的充电桩可以采用慢速充电，小区内充电桩一般为晚上负荷需求较大，可以采用蓄电池在晚间对私家车进行慢速充电。慢速充电需求充电时间较长，对充电电池的损伤较小，对配电网的影响也较小，白天风力发电与太阳能发电同时工作，给予储能单位较多的储存电量，蓄电池采用白天储能夜间放电的方式在系统内进行工作。

公路旁的专业充电站，应采用快速充电方式，可将风光互补充电系统的充电桩进行入网运行，作为辅助快速充电桩的一种能量供给形势。在白天需要大规模快速充电时，风光互补系统可提高充电桩的电能质量，保障快速充电桩的稳定运行，同时减少大量电动车充电负荷对该地区配网的影响。

半快速充电多应用于公共场所，类似商场超市、车站等。充电时间相比前两种属于中置位置，商业用电相比其他充电费用较高，而且公共场所充电对于风光互补特性需求较低，由于风光互补系统占地较大等因素，所以此半快速充电类型充电桩不建议采用风光互补的模式。

3 充电桩规划及要求

对于普通充电桩的规划，政府已经出台了一系列措施。电动汽车充电设施的布局应符合国家出台政策及标准。衡量充电设施“需求”的主要指标是交通量与服务半径两个要素;决定“可能性”与否关键在于交通、环保及区域配电能力等外部环境条件与该地区的建设规划和路网规划。风光互补充电桩基于它本身充电桩的能量来源特性，可应用场所多于普通充电桩，缓解区域配电能力。

主要考虑以下几点要求：

（1）充电设施分布结合可利用风能太阳能的分布与电动汽车交通密度。

（2）结合电动汽车自身的运行特点以及各区域的实际需要计算服务半径。

（3）充电设施布局是对不同区域的充电设施需求条件分析后得出的结果，但是充电设施具体选址定点还须考虑其实施的可能条件。因此充电设施的设置应满足城市总体规划和路网规划总体要求。

（4）充电设施的设置应充分考虑本区域的输配电网现状和未来发展。电动汽车充电设施运营时可能需要高功率的电力供应支撑，在进行充电设施布局规划时，应结合电网规划，以提高充电设施电能供应的安全性和稳定性，为充电设施运营提供可靠的电力供应保障。另外，由于电动汽车充电设备是一种非线性负荷，工作时产生的谐波电流很高，谐波注入电网会造成电能质量降低等负面影响。在充电设施快速短时充电时，由于负荷变化太快，冲击电压也可能对电网造成影响。这些都需要在建设充电设施时予以考虑。

（5）充电设施布局应充分考虑电动汽车未来发展趋势，随着国家强力推动，电动汽车行业将会出现长足发展。规划应具有前瞻性和全局性，能够适应未来数年内电动汽车的发展要求。

在智能电网的未来图景中，电动汽车充电设施将扮演耗能和分布式储能的双重身份。通过电动车与电网间能量的转换，电动汽车的车主可以低价在夜间用电低谷时充电，在白天电网处于负荷高峰时，则可以把电池内的电能高价回卖给电网，从而实现最优化的用电模式。

国家电网公司提出建设坚强智能电网，这将与电动汽车行业的大发展起到相互促进的作用。有了智能电网，电动汽车的电能来源将更加丰富，通过太阳能、风能等方式获得电力，真正达到减排的作用。

为实现充电设施系统的统一管理、优化运行，更好地满足电动汽车充电服务的需求，需要建设统一的电动汽车充电设施监控中心系统作为业务支撑平台，而监控总站的建设则是中心系统的硬件基础。

应建设统一的电动汽车充电设施监控中心系统，它应能对分布于各区域的充电设施实现集中式监视和部分控制功能，实现充电设施用电、充电实时数据监控，对充电设施记录数据的集中存储和分析，同时还应具备一定的扩展能力，为电动汽车作为移动储能在受控状态下接入电网提供技术支持。

智能电网结合新能源充电桩远期还可根据技术发展和实际需要，补充监控视频接入、营销费用对账单、营销重要客户分析、运维系统支持、充电设施充电时段分析、充电设施经济效益分析和充电设施分布热盲点分析等功能，拥有此功能可以更好的对于新兴能源技术发展进行监察查漏补缺。

为此，根据对充电设施的规划，建议规划建设集中充电站建成的同时，配套建设监控总站1座。建议往后基本实现每个集中充电站配套建设1座监控总站。

4 结语

从全球视野来看，世界应对全球气候变化的严峻形势对能源技术提出了更迫切的需求，新能源技术与智能电网相结合作为主要的低碳能源技术将引领新能源革命。增加智能电网的发展，使电动汽车的新能源充电设施充电设施在交通能源供应中的比重提高成为可能，并为新能源的集约化开发和应用提供了强大平台。化石能源以及不可再生能源正在被我们消耗殆尽，我们应该利用新能源技术利用可再生能源优化我们的环境以及出行方式，电动汽车正在逐渐普及，为解决城市汽车尾气污染问题、雾霾问题。为充分利用太阳能以及風能等清洁能源，设计研究了风光互补型充电桩，让新能源可以合理地利用。缓解了电网调度的压力，同时扩大了充电桩的规划适用范围。尤其是对于一些天然资源分布广泛的地区充分利用新能源提供了思路。

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作者简介：张晨宇（1993—），男，汉族，四川广安人，电气工程硕士研究生，研究方向：电气工程及其自动化、新能源技术。