适用于社区的电动汽车柔性直流充电技术研究
设计应用
适用于社区的电动汽车柔性直流充电技术研究
顾国华，宋伟华
（江苏格润电力科技有限公司，江苏南京
新能源汽车充电桩为新基建七大领域之一，其中充电基础设施建设是促进电动汽车行业健康发展的重要
基础环节。社区充电是私人用户大规模使用电动汽车最理想的充电方式。针对社区充电场景的实际需求，从当前社
区建设充电设施的现状和存在的难点出发，提出了一种兼顾社区电网环境和用户使用需求的充电方法，并对其展开
了相应的深化研究，促进了我国社区充电网络建设的规模化发展。
电动汽车；充电设施；交流充电；直流充电
Research on Flexible DC Charging Technology for Electric Vehicles in the Community
GU Guohua，SONG Weihua
Jiangsu Green Power Technology Co.，Ltd.，Nanjing
infrastructure is one of the seven
construction of charging infrastructure is an important basic link to promote the healthy development of the electric vehicle industry.As private users use electric vehicles on a large scale，
可能会安装少量的直流充电桩。这种装置充电功率一般高于30 kW ，可在30～60 min 内为动力电池充电50%～80%。相对于交流充电桩，它具有充电时间短、充电车辆流动快以及节省充电站车场面积等优势，但也存在充电效率低、设备成本较高以及大电流充电会对公共电网设备形成冲击而影响供电质量和安全等若干问题。
交流充电和直流充电的充电负荷会影响社区电网的稳定性。特别是对于供电裕量不足的社区低压配电来说，快充负荷的接入会大幅降低并网母线电压的静态稳定裕度。同时，充电启停阶段的瞬时冲击会引起社区电网频率波动超标的问题，从而影响其他接入该电网用电设备的安全运行[3]。
随着社区内电动汽车数量的快速增加，大量充电负荷接入社区电网，改变了原有的电网形态，而不确定的充电行为进一步扩大了负荷峰谷差。社区电网容量难以增加，加大了配电网变压器过载风险，显
著增加了电网损耗和电压偏差。为了缓解此类问题的风险，市场上已出现了箱变控制集中布置、充电终端分散布置以及具备管控功能的交流充电设施，可与社区用电数据进行对接，从而合理调配车辆充电时间段，提高电力使用效率。但是，这种充电方式仍属于交流充电方式，充电速度慢且不支持V2G ，既难以满足社区的现有充电需求，也不能适应未来车网互联互通的能量双向流动需求。
2 社区内柔性直流充电装置对电力系统的影响研究
社区充电需要引入一种既能适应当前配电网形态，又能给用户提供高质量充电服务的充电方式。为满足以上需求，设计了一种适应于社区的柔性直流充电装置，可在不增加社区配电网容量的前提下，通过预测、测量以及控制小区供电容量和充电负荷，辅以精细化的有级投切控制技术，实现社区多车位直流快充和慢充全覆盖。柔性直流充电系统如图1所示。2.1 社区内柔性直流充电装置对社区用电电力平衡的影响
社区电网存在地域性分配限制，其容量的增加难度很大。电动汽车进行大规模充电时，可能会影响社区电网的稳定性。因此，社区内充电网络的建设必须要重视社区用电的稳定性和平衡[4]。针对这一问题，
柔性直流充电系统可实时监测社区配电网的变压器容
量和供电电压等参数，通过有序充电控制器协调控制每台充电桩，并对需要充电的电动汽车数量和充电功率等采取一定的干预措施，从而避免出现变压器负荷过载和线路故障等问题，确保社区电网的稳定运行。2.2 社区内柔性直流充电装置对社区电能质量的影响
充电功率的波动和接入时的冲击会对社区电网电压造成影响。电压不稳定或者波动会影响社区内其
他用电设备。另外，电动汽车充电负荷属于非线性负
荷，所使用的电力电子设备将产生一定的谐波，会对电网产生一定的影响，如电压畸变增大和功率因数降
低，降低了社区电网的安全性和稳定性[5]
。本文设计的柔性直流充电系统采用主动电能质量治理技术，输出电流谐波低、功率因数高，并留有储能接入接口，可为后续系统与供电方的交互提供设备基础，并可通过储能设施提高社区配电网的电能质量。
3 社区内柔性直流充电装置关键技术及应用
3.1 小功率和高电压充电模块充电模块是直流充电装置的核心部件。柔性直流充电系统的整流模块采
用全数字解耦控制技术，自带有源功率因数校正功能，功率因数高，电流谐波低，电磁兼容性好。斩波模块为全桥三电平DC/DC 隔离变换拓扑，采用全数字控制自带同步均流技术，效率高、纹波低以及调压范围大，整体效率大于96%。图2为该充电模块的原理框图。
由图2可知，充电模块整流部分以50 kW 为
表1 社区内交流充电与直流充电的主要参数对比
充电方式充电机类型充电电压/V
充电功率/kW
充电时间/ｈ
交流充电交流充电桩+车载充电机
2203～75～8直流充电
直流充电桩
750
30～60
0.5～2.0
充电搜索
充电服务
实时报告资源
根据充电终端请求控制模块输出
控制接触器返回接触器状态
交换分配信息剩余情况
申请资源返回申请结果
申请资源
返回申请结果
资源开始充电有无资源申请1个模块用于自检
根据BMS需
求中请资原释放资源
启动成功
优质服务
充电搜索
团体服务个人中心充电地图
站点列表
智能推荐
团体钱包
成员管理充电计划扫码充电进度监控
充电提醒订单结算
充电预约站点排队优惠工具故障解锁
服务评价服务投诉订单退款
个人钱包订单管理活动专区我的车辆
能量网关控制器
充电控制器负荷控制器充电模块配电系统
充电机#1
充电机#n
直流充电终端
直流充电终端
有序充电控制器
客户端
运营商监控
SAAS平台
图1 适用于社区的柔性直流充电系统
位进行设控制策略框图如图三电平整流模块
7kW DCDC模块通信主控制器
CAN
人机界面
RS 485DC
DC
DC
DC
7kW DCDC模块
三电平整流模块
7 kW DCDC模块DC
DC
DC
DC
7 kW DCDC模块图2 充电模块原理框图
实时报告资源
根据充电终端请求控制模块输出
控制接触器返回接触器状态
交换分配信息
剩余情况
申请资源
返回申请结果
申请资源
返回申请结果
资源
开始充电
有无资源
申请1个模块用于自检根据BMS需求中请资原释放资源
启动成功
能量网关控制器
充电控制器
负荷控制器
充电模块
图3 社区内充电网络有序控制策略框图
（下转第
电以及计划性停电3种。
5.2 供电能力
供配电网络供电的能力是指在供电区域内供配电网络能够提供最大的负荷能力。供电能力的大小与供电网络的结构、电力输送线路的参数以及变电站的规模有直接关系。供电的能力主要有网络转移负荷的能力和电站自身供电的能力。
5.3 设备影响可靠性供电的因素
一是线路方面。线路没有全相使用，出现各相的负荷不均，容易出现过载相和熔断器发生熔断等问题。由于施工或者天气恶劣，输电线路会发生断线、倒杆以及短路接地致使停电。另外，植被树木和输电线路的距离过近也会造成线路短路，使供电控制系统发生跳闸[7]。二是变电设备方面。一方面是变压器发生绝缘降低、套管击穿、线圈短路断路以及对地短路等故障，另一方面是电流、电压型互感器发生故障引起系统保护跳闸等。
6 结 论
根据经济、可靠以及安全原则对10 kV供配电站进行设计，包括供配电系统的总体设计、计算负荷、变压器选择、主线设计以及短路电流计算等，提高了10 kV供配电站可靠性和供电的能力，且深入研究了影响10 kV供配电网络可靠性的各种因素，能为定位供电电路故障提供借鉴。
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京：华北电力大学，2012.
的大背景下，新能源汽车的推广和使用体现出了重要的意义和价值。随着新能源汽车的大量接入，大
规模电动汽车充电给社区配电网安全稳定运行的带来了诸多问题。本文从社区内电网的实际情况和充电需求出发，对比分析了当前社区内交流充电与直流充电两种充电方式的功能，提出了一种柔性直流充电系统，并探讨了该柔性直流充电系统的关键技术。柔性直流充电系统能够优化充电功率的分配，加快当前社区充电网络的建设，且其配备的储能扩展接口在未来能源互联网建设中将发挥重要作用。
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