配电站与电动汽车充电桩合建的应用研究

上海市电力设计院有限公司 宣婷婷 孙 燕

配电站与电动汽车充电桩合建的应用研究

上海市电力设计院有限公司 宣婷婷 孙 燕

介绍、论证了配电站与分布式电动汽车充电桩合建的方案。研究解决了充电桩需求，解决充电桩建设社会问题，使生产效率提高。

配网；配电站；电动汽车；充电桩；分布式

作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量，中国积极实施电动汽车科技战略，促进汽车工业产业结构升级和动力系统电动化转型，培育和发展电动汽车社会，并取得了一定效果。中国政府在去年通过的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012－2020年）》中，确定到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量过500万辆。

按照《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》到2015年左右，我国将在20个以上示范城市和周边区域建成由40万个充电桩、2000个充换电站构成的网络化供电体系，满足电动汽车大规模商业化能源供给需求。电动汽车充电桩的建设成了发展新能源汽车的关键。

在全力倡导和鼓励公民“绿色出行”的背景下，充电基础设施的供求关系出现了极大的不平衡。二大电网公司都曾承诺过要为电动汽车车主提供便捷安全的充电服务。充电桩的需求分布广泛、需求不集中，呈分布式。10kV（20kV）配电站布点多而密，与分布式电动汽车充电桩合建正好可以解决电源缺少、土地、分布广泛等一系列问题，成为发展“绿色出行”推广应用的可复制新途径，能从系统上扩大推广电动汽车规模和应用地域。

10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合建进一步完善基础设施建设，实现网络化、便利化；推进电动汽车充换电设施建设运营；配置简洁；设备减少，投资减少，运行维护减少；节约占地；系统集成。凭借配电站优势发力充电桩，解决充电桩需求，解决充电桩建设社会问题，使公司产品生产效率稳步提高。

1 附带充电功能性的10kV（20kV）配电站

我国现有配电网络中，配电主变压器容量在100～2000kVA，10kV进出线1～2回，低压出线4～8回。

在现有配电站建筑面积不变的基础上，电气配置电动汽车充电桩。考虑常规慢充和应急快充两种充电方式，均采用1桩1充。10kV（20kV）配电站内的充电桩（机）设计方案分类表1。

表1 结合10kV（20kV）配电站的充电桩（机）设计方案分类表

1.1 电气部分

（1）充电桩配电

考虑常规慢充和应急快充两种充电方式，均采用1桩1充。直流充电机自带APF单元，实现就地补偿。一般规模较小，分散设置。

（2）电气一次

①电源接入方案

利用10kV室内配电站供电，采用交流220V/ 380V进线。

②电气主接线

不改变现有配电站标准设计中的10kV配电装置、10kV配变，只在低压配电装置模块中增设充电桩回路，见图1。

③短路电流控制水平及主要设备选型

380V短路电流水平分别按50kA考虑。

④主变容量

主变压器容量在100～2000kVA之间，但充电桩累计负荷超出100kW应在原有容量上增加或单独设置配电变压器。

（3）电气二次

①控制终端

内嵌在充电桩内，主要功能包括，人机交互功能：显示各状态下的相关信息，包括运行状态、充电电量、计费信息等；显示字符应清晰、完整，没有缺损现象，不依靠环境光源即可辨认。

具有外部手动设置参数和实现手动控制的功能和界面。

计量功能：内部安装电能表，对充电桩输出电能量进行计量。

提供电能表现场检定的接口。

刷卡付费功能：配备IC卡读卡装置，安装于充电桩内部，能够与充电桩内置电能表进行通信，配合IC卡实现充电控制及充电计费。

②通信系统

利用配电站通信上传。

（4）接地

充电桩接地利用原有10kV室内配电站接地系统，接地电阻应不大于4欧姆。

配电采用TN-S系统，电气设备所有不带电的金属外壳均应可靠接地。

1.2 充电桩土建部分

交流充电桩采用落地式或壁挂式安装方式，直流充电机采用落地式安装方式。

（1）落地式充电桩基础设计

利用配电站站外角落位置设立钢筋砼充电桩基础，在基础件上安装落地式充电桩，落地式充电桩基础外包尺寸为0.8m×1.0m。基坑地面以上0.5m高，地面以下净深1.0m。

图1 增设充电桩回路的主接线图

基础做法：沟壁及沟底采用0.3m厚C30钢筋混凝土,垫层为C15钢筋混凝土0.1m厚。设置埋件或地脚螺栓与设备连接。基础内预埋UPVC管，如若地基为不良地基需处理后再进行基础施工。

（2）壁挂式充电桩基础设计

利用配电站外墙壁局部设立钢筋砼埋件，在埋件上安装壁挂式充电桩，预留UPVC管穿电缆。

2 10kV（20kV）配电站-充电桩的配置

2.1 充电桩的配置

在10kV室内配电站中配置1～3台直流充电机或1～10台交流充电机。

（1）交流充电桩 1台功率为7kW的交流充电桩，为小型电动乘用车提供充电服务。

采用交流220V进线；采用落地式（图2）或壁挂式（如图3）安装方式；按就近原则布置在车位端部。

图2 交流充电桩落地式外形图

图3 交流充电桩壁挂式外形图

（2）直流充电桩 1台功率为40kW的一体式直流充电机，为小型电动乘用车提供充电服务。

采用交流380V进线；采用落地式（图4）安装方式；按就近原则布置在车位端部。

图4 直流充电桩落地式外形图

2.2 充电桩的布置

在10kV（20kV）配电站中，不改动建筑平面的情况下，可以配置1～8台交流壁装式充电机，落地式交、直流充电机可以任意布置。布置方案见图5。

落地式交、直流充电桩可以任意布置，并不受建筑限制，在400V低压供电半径150m左右均可设备。落地式交流充电桩因为每台容量较小，可以采用集中供电到桩群处，再分支到各个充电桩，见图6。落地式直流充电桩因为每台容量较大，可采用单回路供电。

图5 壁装式充电桩布置图

图6 落地式交流充电桩布置图

3 经济比较

以设5台7 kW交流充电桩，1台40kW直流充电桩为例。10kV室内配电站与分布式电动汽车充电桩合建和单建充电桩电源材料费用如下：

通过观察两种方案的主要设备、材料费用表，显而易见，10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合建方案的优势突出。

其主要优势体现在10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合建方案建设成本较之分布式电动汽车充电桩单建方案低，从表2和表3可见，合建方案的主要设备、材料费用仅为9.68万元，还不到单建方案的10%。

原因是合建方案不需要另设变压器系统，且节省了大量的线材。此外，由于设备、材料数量少，在运行维护及后期报废处置过程中产生的成本也将大大降低。

因此，10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合建方案值得推广运用。

4 结语

在全力倡导和鼓励公民“绿色出行”的背景下，充电基础设施的供求关系出现了极大的不平衡。充电桩的需求分布广泛、需求不集中，呈分布式。10kV室内配电站与分布式电动汽车充电桩合建正好可以解决电源缺少、土地、分布广泛等一系列问题，成为发展“绿色出行”推广应用的可复制新途径，从系统上扩大推广规模和应用地域。

10kV室内配电站与分布式电动汽车充电桩合建进一步完善基础设施建设，实现网络化、便利化；推进电动汽车充换电设施建设运营；配置简洁；设备减少，投资减少，运行维护减少；节约占地；系统集成。使南方电网凭借优势发力充电桩，解决充电桩需求，解决充电桩建设社会问题，使公司产品生产效率稳步提高。

表2 10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合单建主要材料费用表

表3 10kV（20kV）配电站与分布式电动汽车充电桩合建主要材料费用表

德国杜塞尔多夫建造“低能量屋”

德国杜塞尔多夫建成了一批结构简单的单户住宅面积145平方米“低能量屋”，该住宅基础装置由地源热泵系统和与其连接的地板采暖系统组成，地源热泵靠3个大约30米深的垂直钻孔提供免费地热。具有脉宽调制控制器的热泵可以将效率大大提升，以便对居住者不断变化的加热要求做出快速响应。

地源热泵系统自从安装后，总热负荷为每平方米55瓦，平均供热季节性能系数（HSPF）为4.27。不需要借助任何辅助加热系统，就能全年提供足量的空间供暖和生活热水。 （李忠东译）

Application Research of Combined Construction of Power Distribution Station and Electric Vehicle Charging Pile

Xuan ting ting,Sun yan

It introduces power distribution station and distributed electric vehicle charging pile combined construction resolution.It deals with request of charging piles and solves social problems of charging piles construction to improve production efficiency.

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宣婷婷(1977-),女，工程师，从事电气设计及管理工作。孙 燕(1981-),女，工程师，从事电气设计工作。