淺析電動汽車光伏充電站繼電保護整體配置方案

      電動汽車是緩解我國石油緊張、大氣污染問題，推動交通模式轉變的新型交通工具，其充換電站建設至關重要。發展電動汽車更是落實國家能源、節能減排戰略，建設“兩型"社會，履行社會責任的關鍵舉措。

      青島黃島區某電動汽車充換儲放一體示范電站 2011 年 8 月投運，作為國網示范站，集公交車、乘用車充換電與儲能應用于一體，功能全、規模大、服務強，在全球電動汽車充換電設施建設領域的開創性。

一次接線

      充換儲放一體電站通過兩條10kV線路與青島35kV智能變電站并網，站內有兩臺容量均為2000kV·A的變壓器，充電與儲放電模塊均帶在400V母線上，如下圖所示。

圖 充換儲放一體電站一次接線圖

微型斷路器

      充電站梯度電池選用標準電動汽車電池，參數為 265A·h/76.8V，總額定容量 2MW×3h，額定功率 2MW，放電功率上限為 2MW。

      對于繼電保護，充換儲放一體電站與普通用戶站的關鍵差異在梯度儲能放電部分。因此，繼電保護配置方案需重點考量梯度儲能電池儲放系統，確保電站向主網逆向放電故障時，能迅速、可靠切除故障，保障系統安全穩定，避免站內電池等重要設備受損。

2.1 400V 系統保護功能配置

      保護層次：400V 系統逆向放電系統保護分三層，即模塊級保護，含 IGBT 驅動板底層硬件短路保護與控制器硬件過電流保護；裝置級保護，指放電模塊控制器經軟件計算或硬件接點檢測本裝置內部故障，觸發過電流、過溫、過電壓等保護；系統級保護，由逆向放電監控系統依監控狀態觸發。從實現途徑又分硬件、軟件保護，以下分別介紹。

功率單元

      軟件保護：分瞬時與定時限保護。瞬時保護遇緊急故障單點動作，脈沖、跳接觸器、停機告警，手動復歸故障標志；定時限保護設動作、延時定值，檢測到嚴重故障經延時確認后動作，系統轉故障狀態告警，同樣需手動復歸。軟件保護涵蓋直流電壓、直流過電流、交流電流、電壓異常、頻率異常、防孤島、恢復并網、輸出直流分量超標及相序錯誤保護等。

2.2 10kV 系統保護功能配置

      充換儲放一體電站設計初多次探討 10kV 并網線保護方案，最終在常規用戶變電站保護基礎上，增設解列裝置與進線反方向電流保護，整定計算時僅作后備考慮，原因有二：

       放電裝置保護完備。10kV 及 400V 系統故障時，其能快速切斷與系統連接，不影響繼電保護。模塊容量約 6kW，本項目 140 個逆向放電模塊獨立運行、集中控制，屬電力電子變換設備，功率器件控制速度快，故障時先閉鎖驅動脈沖（幾十微秒），再分斷接觸器（20 - 30ms），阻斷電池與電網功率交換。

      短路電流計算無需考慮放電裝置。因其功率小且不同于發電機，有功率限制與快速響應特性，系統電壓跌落時不附加短路電流，故短路阻抗、電流計算不計其影響。

3.1 概述

      AcrelEMS 3.0智慧能源管理平臺，能實時監視企業微電網內分布式電源、市政電源、儲能系統、充電設施及各類交直流負荷的運行狀態，實現智能預測、動態調配、優化策略、診斷告警，推動源荷有序互動、能源全景分析，達成光儲充資源靈活互動與經濟運行，滿足企業微電網數字化能效管理、智能化安全分析、動態化調整控制、可視化全景分析需求，助用戶降低能源成本、提升運行效率。

3.2 應用場所

      適用于分布式光伏、儲能、光儲充電站建設項目，以及新能源站點的運營、運維、節能管理，還可應用于工業園區、零碳工廠等場景。

3.3 平臺組織架構

分布式網絡結構

      設備層涵蓋多功能電力儀表、暖通儀表等各類監控、計量、保護、治理、轉換設備與就地子系統，還有光伏/風力發電系統、儲能系統等，可為設備或子系統提供多樣通信、組網方式，符合國家標準。

      傳輸層的數據終端為嵌入式系統，具備串口、網口等多種數據通信接口，支持 ModBus-RTU 等諸多通信協議，兼容多數智能設備，且支持本地存儲、斷點續傳、失電報警，采集數據經壓縮、加密后上傳，保障傳輸穩定、安全、可靠。

      數據層負責顯示與存儲實時/歷史數據、報警、業務、操作日志等，對外提供數據訪問接口供第三方系統使用，用戶憑權限可借 PC、PAD、手機等終端訪問數據、接收報警，巡檢微電網設備，平臺整體結構見圖。

3.4系統硬件配置

3.5安科瑞智慧能源管理平臺功能

3.5.1數字化展示

      通過展示大屏實時顯示市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及其它負荷數據，快速了解能源運行情況。

3.5.2優化控制

      直觀顯示能源生產及流向，包括各種能源的生產及消耗過程，通過優化控制提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統出力，并顯示優化前和優化后能源曲線對比等。

3.5.3智能預測

      結合氣象數據，歷史數據對光伏、風力發電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統和負荷控制實現優化調度，降低需量和用電成本。

3.5.4能耗分析

      采集企業電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質消耗量，進行同環比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

3.5.5有序充電

      系統支持接入交直流充電樁，并根據企業負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯動控制，引導用戶有序充電，保障企業微電網運行安全。

3.5.6運維巡檢

      系統支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實現運維流程閉環管理。

      本文針對梯度儲能電池特殊儲放系統擬定了繼電保護配置方案，涵蓋兩點：

      一是 0.4kV 系統逆向放電系統保護分模塊級、裝置級、系統級三層，按實現途徑又分硬件、軟件保護；

      二是 10kV 系統鑒于放電系統自身完備保護功能，在常規繼電保護基礎上，增設事故解列裝置與反方向電流保護。

      當前，電動汽車充換電站電氣設計、繼電保護配置尚處探索階段。青島市某示范電站方案依現場實際定制，鑒于各充換電站功能、電氣設備存在差異，實際工程中，繼電保護人員需依情況對配置方案靈活調整。