基于群控群充技术公交充电场站电气设计要点

孔建飞， 马存华

(同圆设计集团股份有限公司，济南 250101)

0 引言

近年以来国家及各地区均出台各类相关政策积极稳步推动电动汽车充电设施的建设。 经过多年发展，相继出现了独立充电桩(交流慢充、直流快充)、群控群充、无线充电系统、光伏充电系统等多种类型。 本文以某公交充电场站为例，对电动汽车充电设施群控群充系统的供配电设计主要内容进行相应介绍。

1 项目概况

该公交充电场站为某枢纽场站，总占地面积约1.5 万m2，共设置40 个公交车充电车位。

2 电动汽车群控群充系统

群控群充系统的发展是随着时代的发展而出现的，从一机单枪，发展到多枪轮充，最终到群控群充系统。 群控群充系统由一台群控充电机及多台充电终端组成，其系统框图如图1 所示。 群控充电机可根据充电终端车辆充电需求和集群负荷调控指令，动态分配各充电终端输出功率，实时调节充电电流，分时段设定不同的充电策略，实现低成本投资。 群控群充系统和普通的充电桩相比，具有可动态功率分配、高智能化、高灵活性、高易用性、高扩展性的优点，在汽车群充电应用上优势明显。

图1 群控群充系统框图

公交充电场站因公交车负责的线路长短不一存在电池消耗量、充电时间各不相同的情况，为了提高整个公交充电场站的充电效率、节约充电时间，本项目采用了群控群充系统。

3 公交充电场站群控充电系统配置计算及选择

3.1 夜间群控充电系统配置计算

根据建设方要求，该场站夜间应满足40 辆公交车同时充电，并要求在6 h 内所有公交车电量从20%充至100%。

式中，K为电池容量系数；W总为公交车夜间总充电量，kWh；W单为单台公交车夜间总充电量，kWh；N为公交车夜间同时充电数量；W为单台公交车电池容量(暂按180kWh)。

式中，h为公交车夜间充电时间，h；P总为夜间充电总功率，kW。

根据建设方提供的充电设施产品序列，夜间群控充电系统配置方案如下:选择4 台240kW 群控充电机，每台群控充电机连接10 台充电终端，共提供40 个充电接口。 充电设备总功率960kW。

单台充电终端充电功率24～180kW 可调，则单台充电终端夜间最小充电量为:

式中，h为公交车夜间充电时间，h；Wm为单台充电终端6 小时内充电最小容量，kWh；Pm为单台充电终端最小充电功率，kW。

该方案可满足公交场站夜间充电需求。

3.2 日间群控充电系统配置计算

公交车回站时需要进行补电，以满足车辆日间正常运行。 根据建设方要求，本公交车场共运营两条线路，每条线路为20 车，日间场站内高峰期最大临时停靠公交车按20 辆计，时间约为12:00～2:00，并要求在此2 小时内所有临时停靠公交车电量从50%充至100%，此要求为日间充电最极限状态。

式中，K为电池容量系数；W总为公交车日间总充电量，kWh；W单为单台公交车日间总充电量，kWh；N为公交车日间同时充电数量；W为单台公交车电池容量，kWh(暂按180kWh)。

式中，h为公交车日间充电时间，h；P总为日间充电总功率，kW。

因该充电场站日间充电总功率小于夜间充电总功率，因此可利用夜间充电系统配置对日间充电需求进行校验。

(1)夜间充电设备总功率大于日间充电功率，故充电设备总功率满足要求。

(2)单台充电终端24～180kW 可调，日间充电时可将20 辆车辆平均分配到4 台群控充电机，每台充电机分别对5 台公交车进行充电。 单台充电终端平均功率为48kW，则单台充电终端日间最小充电量为:

式中，h为公交车日间充电时间，h；Wm为单台充电终端2 小时内充电最小容量，kWh；P平为单台充电终端平均充电功率，kW。

可知，夜间群控充电系统配置方案可满足公交场站日间充电需求。

根据以上计算，该公交充电场站群控充电系统配置如下:4 台240kW 群控充电机，每台群控充电机配置10 台充电终端，共提供40 个充电接口。

4 公交充电场站充电系统变压器容量选择

4.1 充电系统负荷等级

因该公交充电场站为枢纽场站，故前期方案对接中笔者建议该场站充电系统负荷等级按二级负荷考虑。 但建设方根据该场站对应的公交线路及运营情况，要求负荷等级按三级负荷设计即可。

4.2 充电系统容量计算

充电系统总容量如下:

式中，S为充电系统总容量，kVA；K 为同时系数(取0.9)；P为充电机输出功率，kW；N为充电机台数；cosρ为功率因数(取0.95)；η为效率(高频整流充电机取0.95)。

4.3 充电系统变压器选择

本项目充电系统供电采用室外独立箱式变电站，变压器负载率在0.8～0.85。 变压器安装容量如下:

式中，St 为变压器安装容量，kVA；S为充电系统总容量，kVA；β为负载率。

本项目共选择两座箱式变电站，变压器容量为630kVA，每座箱式变电站为两台群控充电机供电。变压器低压配电干线图如图2 所示。

图2 变压器低压配电干线图

6 结束语

随着各地开始建设大型电动汽车充电场站，电动汽车群控群充技术因其可动态功率分配、高智能化、高灵活性、高易用性、高扩展性的优点，在大型电动汽车充电场站应用上优势明显。 本文以某公交充电场站为例对群控群充系统设计中群控充电机配置、充电容量计算、变压器容量的选取进行了详细介绍。 因本项目的特殊性，本次设计电动汽车电池容量的选取、变压器容量计算中同时系数的选择与公共电动汽车充电场站均有不同之处，需广大同行在后续设计中注意。