高速公路上的充電網(wǎng)絡(luò)基本建設(shè)完成，并且得到了快速的發(fā)展。因此為確保高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)光儲充電站的應(yīng)用需求能夠得到滿足，須引入清潔綠色電力，與此生成高速公路能源保障機(jī)制，以增加交通出行環(huán)節(jié)的用電便利性。

由于傳統(tǒng)燃油汽車在使用過程中限制性因素有所增加，使得新能源汽車在近年來越來越受人們的青睞。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年國內(nèi)的新能源占國際比重的60%以上。并且到2023年4月底國內(nèi)的新能源汽車已經(jīng)完成了49.44萬輛的銷售額，同比增長86.28%。

一.項(xiàng)目背景

本文以某區(qū)域內(nèi)的光儲充電站發(fā)電項(xiàng)目為例，其日均發(fā)電量約為4000kWh，可滿足該服務(wù)區(qū)內(nèi)的日均用電需求。其在本地的光伏發(fā)電項(xiàng)目中光儲充能源項(xiàng)目的容量是1.296MV，光伏區(qū)域的占比約為69.32%，而其中充電樁區(qū)域的實(shí)際占比是3.62%，儲能區(qū)域的占比是21.04%。其具備實(shí)現(xiàn)充電樁+光伏+儲能為一體的功能。并且服務(wù)區(qū)內(nèi)會將所產(chǎn)生的電量，優(yōu)先給到充電樁使用，然后給到儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電。將剩余的部門服務(wù)區(qū)使用，若服務(wù)區(qū)內(nèi)存在無法消納的電量，則直接與公共電網(wǎng)對接。

二.高速公路服務(wù)區(qū)光儲充電站運(yùn)行控制問題

結(jié)合對的研究可知，在使用電動汽車時，日均充電高峰為下午5：00～7:00點(diǎn)，下午的12:00～16:00點(diǎn)以及夜間的23：00至次日1：00點(diǎn)。并且用戶的平均充電量為245/6kWh，充電時長約為49.3min。單次的充電金額是25元，每日需充電1.4次。在此背景下，即便充電基礎(chǔ)設(shè)施目前已經(jīng)取得進(jìn)步，但仍存在一些問題，值得相關(guān)人員研究及改善，具體如下：

①充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋率低：國內(nèi)目前已經(jīng)建成了4.9萬km的高速公路快充網(wǎng)絡(luò)，而在部分區(qū)域內(nèi)的支線地帶，仍存在未覆蓋的情況，因?yàn)榧夹g(shù)故障以及車位被占據(jù)等因素影響，使App內(nèi)顯示有可充電車位，但達(dá)到后卻被燃油車或者是其他車輛占位，無法進(jìn)行充電。因?yàn)椴季钟忻c(diǎn)，所以充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋度整體較低。

②充電車位環(huán)境較差：在充電車位附近的管理工作仍須加強(qiáng)，在完成充電后，存在隨意扔充電槍等問題。也存在車主插隊(duì)充電等情況，降低新能源汽車使用者的體驗(yàn)感。

③充電樁缺少維護(hù)：充電樁的整體布局方式不合理，因?yàn)楦鱾€充電設(shè)施的運(yùn)營企業(yè)未合理地處理充電App，使人們所使用的導(dǎo)航服務(wù)仍有欠缺。使汽車的保有量下降并且充電站內(nèi)的冷熱分布不均勻，區(qū)域性充電樁限制，還有部分區(qū)域無樁可用，接口不兼容，充電樁損壞等問題，都是充電樁在維護(hù)環(huán)節(jié)可能遇見的問題。

④相關(guān)配套設(shè)施匱乏：在高速公路內(nèi)的偏遠(yuǎn)地帶存在充電樁數(shù)量不足的情況，相關(guān)配套設(shè)施的匱乏，無法保證充電站能夠完成超前布局，使分散建樁更不易被管理。若存在自行建樁的情況，也會增加安全性方面的影響

三. 高速公路服務(wù)區(qū)光儲充電站運(yùn)行控制措施

① 提高充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋度，加強(qiáng)光儲充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

為實(shí)現(xiàn)對高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)光儲充電站的控制，應(yīng)提高充電網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，適當(dāng)加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用成對方式，將充電站布置在公路的兩端。這樣，采用地區(qū)電網(wǎng)的供電方式，則可讓一段由饋電電纜完成接入操作，使得總降電壓的變電室能夠順利提供電能。首先，以某地的服務(wù)區(qū)為例，在充電樁項(xiàng)目建設(shè)期間，可以實(shí)現(xiàn)對空地資源的升級改造，增加儲能裝置在此期間的應(yīng)用，讓所連接的電纜長度有所延長，如此則可降低電壓后續(xù)所帶來的影響，從前期設(shè)計(jì)活動開始，就保障了配電系統(tǒng)的安全性（如圖1所示）。

同時為防止安全方面問題的發(fā)生，應(yīng)確認(rèn)電壓的超出限值，加強(qiáng)對光伏電源的運(yùn)行狀況的了解，從而確保相關(guān)設(shè)備能夠安全地運(yùn)行。同時，也應(yīng)把控光伏電源的整體利用率，防止其發(fā)生利用率較低的問題。

② 營造良好光儲充電環(huán)境，強(qiáng)化光伏發(fā)電滲透率：

為營造出良好的光儲充電環(huán)境，應(yīng)對公共充電樁的利用率進(jìn)行提升。例如，若日均通勤距離為70km，則3～4日完成一次充電即可。此時，應(yīng)在App內(nèi)準(zhǔn)確標(biāo)注充電樁的位置，縮短新能源汽車的充電時間。并且，可以結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，讓光伏逆變器能夠與控制指令相互對接，讓光伏單元可以更改無功出力的形式。

同時，可采用無功功率的合理調(diào)節(jié)，讓光伏的發(fā)電滲透率有所提高。并且，讓服務(wù)區(qū)不會處于輕載的條件，使得服務(wù)區(qū)內(nèi)的充電樁不會出現(xiàn)電壓超限的情況。另外，也可通過EMS系統(tǒng)的輔助，讓其與集線器、電能質(zhì)量分析儀、微網(wǎng)控制器相互銜接（如圖2所示），提高光伏逆變器無功容量的利用率，以防止系統(tǒng)中的電量發(fā)生過度損失的情況。

③加強(qiáng)對充電樁的維護(hù)，制定光儲充電站運(yùn)行控制方案：

為強(qiáng)化高速公路上光儲充電站運(yùn)行效果，提升充電樁的利用率，應(yīng)防止光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)問題。首先，應(yīng)保證光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免電壓發(fā)生超限的情況，采取行之有效的操作方式，防止資源浪費(fèi)并將投資回收期縮短。如此，則可加強(qiáng)對充電樁的維護(hù)，讓其能夠延長使用年限。其次，應(yīng)了解光伏負(fù)荷用電、光伏發(fā)電出力的情況。增加對電價信息等諸多方面的重視。采用合理的控制方式，讓儲能裝置順利充放電。如此，則可增加在光儲充電站運(yùn)行環(huán)節(jié)的收益。并且，也可強(qiáng)化儲能逆變器、光伏逆變器的具體功能，讓服務(wù)區(qū)內(nèi)的電壓能力有所提升。這樣，則可讓系統(tǒng)中的電能損耗有所減少。

④增加相關(guān)配套設(shè)施，執(zhí)行仿真測試及驗(yàn)證操作：

首先，可采用改建、新建以及擴(kuò)容的方式，實(shí)現(xiàn)對充電樁的合理布局，加強(qiáng)高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)充電樁的密度，以保證后續(xù)的充電需求能夠得到滿足。并且，可以基于高速公路服務(wù)區(qū)的運(yùn)營能力以及建設(shè)能力，實(shí)現(xiàn)對充電場站服務(wù)等級的認(rèn)證，以保證公共充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量有所提升。

其次，須實(shí)行仿真測試及驗(yàn)證操作。優(yōu)先生成數(shù)字化的仿真裝置，完成降壓變、供電電網(wǎng)、饋電線路、用電負(fù)荷、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能裝置等的組裝操作，形成光儲充電站模型。這樣，則可保證儲能逆變器、光伏逆變器以及能量管理系統(tǒng)的合理銜接。也可依靠RTDS仿真平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)物控制器與仿真平臺之間的對接。如此，則可采用電壓、SOC、電流、PWM等脈沖信號，實(shí)現(xiàn)光伏逆變器與能量管理系統(tǒng)的銜接，使得現(xiàn)場內(nèi)的控制器能夠保持一致。這樣，則可防止電壓不平衡等問題的發(fā)生。

四.Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電站運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

五.微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)功能

①實(shí)時監(jiān)控：

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電站及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

② 光伏系統(tǒng)界面：

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

③ 儲能界面、PCS參數(shù)、BMS參數(shù)：

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

④儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)、交流側(cè)、直流側(cè)數(shù)據(jù)界面：

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)、交流側(cè)、直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

⑤ 儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面：

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

⑥ 風(fēng)電界面：

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

⑦ 充電站界面：

本界面用來展示對充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個充電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

Acrel2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、診斷告警、全景分析.有序管理和高級控制，滿足微電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益較大化。