【《上海某地区汽车充电站主电路设计分析案例》4400字】

上海某地区汽车充电站主电路设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4678上海某地区汽车充电站主电路设计分析案例 185871.1电动汽车充电站的规划 137901.2充电站主接线设计 2271421.3充电桩选型 4211911.4变压器选型 5161201.4.1在充电需求上使用蒙特卡洛法进行预测 515321.4.2电动汽车的充电负荷计算 9208271.5接地 131.1电动汽车充电站的规划该地区为上海闵行吴泾，其行政规划图如下图3-1所示。其总面积可达到37.15平方公里。下面包括8个村庄、14个街道，户籍人口47714人，但常住人口超30万人。该区域交通并没有特别发达，通过该区域的地铁轨道交通仅有一条，因此该区域以公交车与私人汽车为主，在未来电动汽车的保有量大幅度增长时要有足够的充电桩为其保驾护航。因此我们选择就着上海电力吴泾热电厂为中心在周边建1座充电站，红点为发电厂地址，从图3-1中可知，其周边为工业区和学校，前方有上海知名的两所大学，上海交通大学与华东师范大学的校区周边为商业区与住宅区。目前吴泾地区可查能够使用的公共充电站有超过20座，主要分布在居民区和产业区及医院等地，而工业区仅有2座，因此我们选择在工业区周边新建1座新的充电站[17]。通过调查研究2020年，在吴泾工业区的电动汽车保有量是800多辆，搜集资料，了解了全市历年电动私人汽车的保有量，为公用充电站需求测算提供数据支持，电动汽车历年保有量数据的搜集上，以此为数据基础，通过趋势外推法对未来几年内的保有量进行预测。得到的其增幅，可知未来五年内吴泾工业区的电动汽车保有量可达到1500多辆，通过该区域的电动公交汽车50辆。在工业区的2座充电站均为中型难以满足需求，为此我们选择建大型的电动汽车充电站保证能满足该区域电动汽车充电需求。通过上文的了解，我们选择平面式充电站，以方便未来的扩建。吴泾工业区电网配网中压等级多为66kV，而发电站为220kV的电压，因此我们要通过降压变电所降压，再接入变配电所。通过实际的调研，我们初步选择了B，C两处为备选的充电站建造地址。B处靠近居民区，有一块较大的空地，车流量较大适合建造充电站，C处靠近工业区，也有一块较大的空地，车流量也比较大，也比较适合建造充电站。通过后文对其的研究进行最终选择。图3-1吴泾行政规划图1.2充电站主接线设计充电站的主要服务是充电站的电气部分结构，它对充电站的可靠性、灵活性和运行经济性有着重要的影响，对电气设备的选型起着决定性的作用。主要任务是保证可靠发电，这也是电气主链的基本要求。在分析可靠性时，要考虑用户的类型和类型等因素，它的灵活性是保证操作的灵活性，便于扩展和利用。其经济性是要尽可能的减少一次投资量、减少占地面积、减少电能损耗。在连接到10kV的主连接图中，有两种主线程连接到分支中，而66kV使用的主要电缆方法是一根或两根。所有电源开关必须使用断路器。注意在高压电线边设置隔离开关，公共汽车线路的各个部分必须设置相同的断路器，以支付将安装到电路电路的特殊储存费用，并且所有的变压器应使用高压熔断器保护[18]。如下图3-2与3-3。图3-2一路进线的主回路图3-3两路进线的主回路其设备名称如下图3-4。图3-4设备名称由于吴泾工业区电网配网中压等级多为66kV,因此我们在分段单母线接线或双母线接线中进行抉择。单母线分段接线大多具有两个回路，有两个电源，因此在供电过程中当一段母线发生故障时，分段断路器可自动将故障切除，另一段母线认可运行保证正常供电。因此本文选择分段单母线接线。1.3充电桩选型充电桩的类似与加油站的加油机，现今主要安装于公共场所和居民小区的室外停车场或电动汽车充电站内，充电桩的一端与配电箱相连，另一端插入电动汽车尾气进行充电，不同的电压等级对应于不同的充电方式，220V多为慢充充电，380V多为快充充电，如今还有一体式的充电桩，即可快充也可慢充。当人们将电动汽车插上充电桩，再使用充电卡在操作界面上刷卡，充电桩上的显示屏即会显示当前电动汽车的电量、已充电时长及充电费用等数据。交流式的电源要求：输入电压：单相220V；输出功率：单相220V/5KW；频率：50Hz±2Hz；允许电压波动范围为：单相220V±15%。直流式的电源要求：电源输入电压：三相四线380VAC±15%；频率50Hz±5%[19]。因此一般来说用直流充电桩充电将动力电池充满只需花1-3小时；而用交流充电桩充电充满的话一般得需要7-12小时。图3-5交流充电桩图3-6直流充电桩图3-7一体化充电桩为此我们选择慢充充电功率为5.5kW，快充充电功率为19kW，充电效率为0.95的一体化充电桩。1.4变压器选型当前主流的变压器有油浸式变压器和干式变压器，两种变压器各有其优劣。油浸式变压器只能安装在户外且需配备油池及消防设备等，易受户外温度、湿度、环境等一系列外部因素的影响，充电效率较低。而干式变压器具有无污染、抗短路能力较强、安装方便、良好的防火性能等优点。因此本文中选择干式变压器[20]。1.4.1在充电需求上使用蒙特卡洛法进行预测有了能源需求，你可以在模型的研究中给汽车充电，因为车主的每辆车都有自己的行为模型，所以我们不仅要研究汽车，还要研究大多数电动车的充电需求，但是在相同的生活环境中，当然行为也会受到同样的因素的影响，在相同的学校的生活环境中，所以在相同的环境城市中，显然，电动汽车用户的充电行为是固定的，可以用模型来描述。因此，在新能源汽车在城市迅速普及的背景下，充电需求不是随机负载，而是在空间和时间上有规律的，因此电动汽车充电需求可以通过统计模型进行预测和分析。电动汽车的能源需求模型有变量和复杂的模型特征，因为无法通过具体的分析找到，难以解决，蒙特卡洛方法显示了其优点，在求解过程中主要是通过随机模拟来接近于代表研究对象的解决方案，模拟的精度也随着模拟次数的增加而提高。电动汽车的电池特性和充电方式对电动汽车的电池充电影响不大。因为用户的充电时间很随意，因此用户的充电时长是负荷的大幅度改变的关键，主要是开始充电的时间和每天行驶里程的电动汽车，开始充电的时间越近，对电网的影响就越大。电网不仅要满足对充电的需求，还要应对向电网输送充电的影响。因此希望可以更合理的分配充电时间，让充电负荷可以均匀的分布在电网的各个时期[22]。当确定了每日行程的公里数，在固定的充电功率下，就确定了充电所需的时长。因为电动汽车的应用仍属于初期，因此对于专门对于电动汽车行驶规律的数据不够全面，又由于用户的出行轨迹与使用电动汽车还是燃油汽车没有太大的关系，于是便假设电动汽车用户的出行习惯于燃油汽车用户保持一致。因此可以根据美国交通部调查报告数据[23]进行分析，将其近似为一个正态分布。关于电动汽车开始充电开始时t近似于正态分布，其概率密度函数如下式3-1。（3-1）关于电动汽车开始充电开始时刻t的近似正态分布，其概率密度图如下图3-8。图3-8关于开始时刻t的概率密度图关于电动汽车每日行程公里数d的近似正态分布，其概率密度函数如下式3-2。（3-2）关于电动汽车每日行程公里数d的近似正态分布，其概率密度图如下图3-9。图3-9关于行程公里数d的概率密度图（3-3）（3-4）式3-3，式3-4中的d为电动汽车每日的行程公里数；dm为电动汽车电池充满时的最大行程公里数；T为电动汽车充电所需的时间，C为电池容量；k为充电效率；Pc为充电功率。利用蒙特卡洛模型得出每辆电动汽车的充电负荷大小，将所有的充电负荷加到一起。将一天划分为24个时间段，每一个小时为一个时间段，因此每一个时间段内的电动汽车的总充电负荷大小为：（3-5）式3-5中N为电动汽车的总数量；Pi为第i个时间段充电总负荷大小；Pni为在第i个时间段内第n辆车的充电负荷大小。步骤如下：输入基本参数（百公里耗电量、充电功率、充电效率等）；输出仿真次数M和电动汽车数量N的初始值，令m=1，n=1；抽取每日的行程公里数d；计算充电所需的时间T；叠加电动汽车的充电负荷；是否完成所有车辆的充电负荷计算以及仿真次数；判断是否收敛：检验方差系数β，当最大值max(β)小于0.0005，仿真收敛；结束计算。电动汽车充电模型计算的流程图如下图3-10：图3-10电动汽车充电模型计算的流程1.4.2电动汽车的充电负荷计算由上文可知吴泾地区大约有1000辆电动汽车和50辆公交车需要在该充电站进行充电，大多数充电桩采用单项220V交流电充电，为确保在高峰用电时，当大量用户的集中充电时也不会对电能质量造成较大的影响，导致配电网出现三相不平衡，使配电网超出网络的可接受范围，并导致下一防护设备操作失误，导致加热及相关设备等问题，将严重影响配电网的安全稳定运行，因此要将进行充电的电动汽车的时长和电池容量按照平均值偏大的数值进行计算以确保在高峰用电时的安全，因此本文将所有电池都记作锂电池，电池容量为30kW*h，也便于计算。采用上述的方法对该地区的电动汽车充电负荷进行计算，将充电功率统一为5.5kW时，得到了一辆电动汽车的平均充电负荷曲线，如下图3-11。图3-11单辆电动汽车的平均充电负荷曲线在该区域内，假设一天内每台电动汽车只进行一次充电，根据上文的计算将所有的相关参数近似为：锂电池容量30kW*h，百公里耗电量15kW*h，慢充充电功率5.5kW，快充充电功率19kW，充电效率为0.95。利用蒙特卡洛法模拟结果如下表3-1。表3-1各个时段的私人电动汽车充电负荷从表3-1中可得出，从早上8：00起逐渐有私人电动汽车开始充电，在此之后充电负荷不断上升，越来越多的电动汽车接入电网。到晚上19：00时充电负荷达到最大值，其最大充电负荷约为3260kW，而16：00到21：00为充电高峰期。相比于私家车，公交车的出行具有很强的规律性，其每天的行驶路线和行驶公里数基本是固定不变的，其每天的运行时间一般为6：00~22.00，按照固定间隔发车。考虑到电动公交车的电池容量与其每日行程公里数，一天只充电一次难以维持一整天的行驶。因此我们将电动公交车采用两种方式进行充电，在白天采用快充充电的方式，在夜间采用慢充充电的方式。假设该区域内有50辆电动公交车，每辆电动公交车在一天内要充电2次，慢充充电的时段为晚上23：00~5：00，快充充电的时段为9：00~16：00。并且在这两个时段内电动公交车充电均满足均匀分布，其相关参数为：锂电池的容量为180kW*h，百公里耗电120kW*h，慢充充电功率为21kW，快充充电功率为90kW，充电效率也为0.95。得到的模拟结果如下图3-12。图3-12单辆电动公交车充电负荷利用蒙特卡洛法模拟结果如下表3-2。表3-2各个时段的电动公交车充电负荷从表中可得，电动公交车的充电负荷在不同的时间段内充电，白天时段采用快充充电的方式，在中午12：00时充电负荷达到最大值约为2300kW，在11：00~14：00的充电负荷较大，在夜间采用慢充充电的方式在凌晨4：00达到最大值约为2030kW。电动公交车的充电错开了用电高峰时期，避免了“峰上加峰”的现象发生，所以电动公交车的充电负荷对于电网造成的不利影响较小。将上述两种类型的电动汽