摘要：随着电动汽车保有量的快速增长，政府和市场的关注焦点逐步从车辆的续航能力、安全水平向充换电的使用便捷、服务便利转移。本文主要分析充换电设施接入配电网的技术原则和典型接入模式。
关键词：电动汽车；充换电设施；配电网；典型模式
电动汽车（electric vehicle，EV）是清洁能源替代传统能源的革命性技术，在全球范围内受到持续关注。美国、日本等国家先后启动能源战略发展计划，将电动汽车发展作为重要的基础技术予以强力推动。中国电动汽车也在迅速增长。随着电动汽车保有量的快速增长，政府和市场的关注焦点逐步从车辆的续航能力、安全水平向充换电的使用便捷、服务便利转移。本文结合当前电动汽车及充换电设施的发展情况，分析充换电设施接入配电网面临的问题，给出充换电设施接入配电网的技术原则和典型接入模式。
一、充换电设施接入电网的技术原则
（一）电压等级选择
按照 GB /T 18487.3《电动车辆传导充电系统电动车辆交流直流充电机》的有关规定，充电机的额定交流电压输入为单相 220 V 或三相 380 V，额定输入电流为 16，32，63，125，250 A。目前市场上部分电动汽车的额定输入电流已经突破 GB /T 18487 的要求，如特 斯 拉 Model S 的 超 级 充 电，充 电 功 率 高 达120 kW，是现有乘用车中充电功率最高的车型；重庆恒通 12 m 长纯电动公交车的 15 min 快速充电，充电功率高达 450 kW，是现有商用车中充电功率最高的车型。因此，充换电设施的接入首先应结合充电负荷需求，经过技术经济比较后确定其供电电压等级，同时符合 GB /T 156—2007《标准电压》所给定的标称电压等级序列，表 2 为推荐接入电压等级。特别对于进口电动汽车，充电设备的供电电压应符合我国标称电压的要求。
（二）用户等级选择
《电动汽车充换电设施接入电网技术规范》（以下简称《规范》）中第5.2条规定，具有重大政治、经济、安全意义的充换电站，或中断供电将对公共交通造成较大影响或影响重要单位的正常工作的充换电站，可作为二级重要用户，其他可作为普通用户。标准明确规定充换电设施要按照用户重要性分级，即按照充换电设施对供电可靠性的要求以及中断供电造成的危害程度，分为二级重要电力用户和普通用户（标准第5.4.3条规定属于二级重要用户的充换电设施宜采用双回路供电；第5.4.4条规定属于一般用户的充换电设施可采用单回线路供电）。
（三）接入点选择标准
第5.3.1条规定，220V充电设备，宜接入低压配电箱；380V充电设备，宜接入低压线路或配电变压器的低压母线。标准第5.3.2条规定，接入10kV的充换电设施，容量小于3000kVA宜接入公用电网10kV线路或接入环网柜、电缆分支箱等，容量大于3000kVA的充换电设施宜专线接入。
（四）供电电源
充换电设施的供电系统应保障人身安全，满足供电可靠、技术先进、经济合理和维护方便的要求。电源配置应根据负荷性质、用电容量、地质环境、供电条件和节约电能等因素，确定供电方案。电源点一方面要具备足够的供电能力，满足电网运行安全要求，避免充换电设施接入造成变压器或线路重载、过载运行；另一方面要能够提供合格的电能质量，满足充换电设施用电电压、频率等要求。
在具体的建设与实施中，电源点选择应结合地理环境，就近选择，减少与道路或其他线路的交叉，特别是对于居民区、商业区停车场所布置的分散式充电桩，要充分考虑供电线路的安全运行和后期维护，电缆敷设应采用排管、沟槽、直埋等方式，穿越道路时，应采用抗压力保护管。
充换电设施已经成为保障城市交通运输系统顺畅运转的重要基础设施之一，其建设用地以及接入电网所需线路走廊、地下通道、变/配电站址等供电设施用地，应纳入城乡发展规划。规划阶段，应注意将充换电设施布局与其接入系统的电网规划同步开展，积极落实并保障充换电设施接入系统工程的用地需求，从源头上避免城市土地资源紧张导致的工程落地困难。
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（五）无功补偿及设备选型
标准第5.5.1—5.5.4条规定了充电设施无功补偿的要求，充换电设施的本质为用电客户，其无功补偿遵循用户无功补偿的规定配置即可。标准第5.6.1条规定，充换电设施接入的供电线路、变/配电设备选择应满足Q/GDW1738《配电网规划设计技术导则》的有关要求。
（六）电能质量
标准第6.1.1—6.1.2条规定，充换电设施接入公共连接点谐波电压的限值（相电压）要求应符合GB/T14549《电能质量公用电网谐波》规定，注入公共连接点的谐波电流允许值应符合GB/T14549规定。标准第6.3条规定，充换电设施接入公共电网，公共连接点的三相不平衡度应满足国标GB/T15543《电能质量三相电压不平衡》规定的限制，由各充换电设施引起的公共连接点三相电压不平衡度不应超过1.3%，短时不超过2.6%。
（七）V2G技术
随着电池价格的降低和循环寿命的延长，动力电池可以作为分布式储能单元向电网输送电能，发挥调峰填谷的调节作用。当充换电设施具有与电网双向交换电能的功能时，电动汽车相当于分布式电源接入系统。当电动汽车反向送电时，应遵循以下原则：（1）应对充换电设施接入的配电线路载流量、变压器容量进行校核，并对接入的母线、线路、开关等进行短路电流和热稳定校核。（2）在满足供电安全的条件下，接入单条线路的送电总容量不应超过线路的允许容量；接入本级配电网的送电总容量不应超过上一级变压器的额定容量以及上一级线路的允许容量。（3）具有双向交换电能功能的充换电设施接入后，配电线路的短路电流不应超过该电压等级的短路电流限定值，否则应重新选择接入点。（4）具有双向交换电能功能的充换电设施接入点应安装易操作、可闭锁、具有明显开断点、带接地功能、可开断故障电流的开断设备。（5）具有向电网输送电能功能的充换电设施，其向电网注入的直流分量不应超过其交流定值的0．5%。
二、充换电设施接入电网的典型模式
（一）充电设备220/380V接入
对于额定输入电压为220V的充电设备，宜接入低压配电箱；额定电压为380V的充电设备，宜接入低压线路或配电变压器的低压母线。接入低压网络的充电设备一般可以采用放射式结构或者树干式结构。放射式接入由变压器的低压侧引出多条独立线路，供给各个独立的充电设备。采用放射式结构接入系统，低压线路故障互不影响，供电可靠率较高，检修比较方便。这种方式比较适用于单台充电设备功率较大的情况，对于分布在变电所不同方向或排列不整齐的分散式充电桩，也可以采用这种方式。树干式接入则是将多个充电设备接到低压线路上，这类方式可用于排列整齐的用电设备，如停车场或居民区停车位的充电设备安装。
（二）充换电站10kV单回路接入
充换电站接入电网，主要根据用户重要等级确定其接入方式。对于一般用户，当充换电站的总容量小于6000kVA时，可考虑接入公用电网10kV线路或接入环网柜、电缆分支箱等；当充换电站的容量大于6000kVA时，需进行技术经济比较，确定是否采用专线的方式接入。专线接入是一种较为特殊的接入方式，这种方式要求一条10kV线路只对1个充换电站进行供电，对电力资源的占用较大，但便于管理与控制。公交车换电站和充电塔均可考虑采用专线方式接入。
（三）充换电站10kV双回路或双电源接入
双回路和双电源接入，一般是针对评估为二级重要的电力用户。双回路的接入主要是指由双回供电线路向同一充换电站供电的方式，其典型接入方式如图6所示。双电源接入是指分别来自2个不同变电站，或来自不同电源进线的同一变电站内两段母线，为同一充换电站供电的两路供电电源，其典型接入方式如图7所示。
三、结语
本文从电压等级选定、用户等级确定、供电电源配置、设备选型、电能质量治理以及V2G等方面系统提出了充换电设施接入电网的技术原则，并形成典型的接入模式，为指导充换电设施接入配套电网的规划设计和运行管理提供重要依据。
参考文献：
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[2]荆朝霞，钟童科，林志龙，等．电动汽车充电行为对电网负荷曲线的影响［J］．南方电网技术，2013，7（1）：80-84．
论文作者:吴华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/30
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