規(guī)范解讀電網(wǎng)技術(shù)論文
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1總則要求
1.1保障充換電設(shè)施及時(shí)接入
標(biāo)準(zhǔn)第4.1條規(guī)定，配電網(wǎng)發(fā)展應(yīng)考慮充換電設(shè)施的發(fā)展與建設(shè)的需求，合理滿足電動(dòng)汽車(chē)接入及充電負(fù)荷增長(zhǎng)的要求，有利于促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用與發(fā)展。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)仍處于發(fā)展初期，充換電設(shè)施所提供服務(wù)的便捷性，對(duì)拓展電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)具有十分重要的促進(jìn)作用。電網(wǎng)企業(yè)一方面要履行企業(yè)責(zé)任，從電網(wǎng)供需角度滿足用戶的充電需求，另一方面要承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，從國(guó)家戰(zhàn)略角度推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)第4.2條規(guī)定，充換電設(shè)施接入電網(wǎng)所需線路走廊、地下通道、變/配電站址等供電設(shè)施用地應(yīng)納入城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃，與配電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。充換電設(shè)施已經(jīng)成為保障城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)順暢運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其建設(shè)用地被納入城市總體規(guī)劃統(tǒng)籌進(jìn)行考慮。因此，要求充換電設(shè)施布局規(guī)劃及其接入系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)同步開(kāi)展，協(xié)調(diào)銜接，落實(shí)并保障充換電設(shè)施接入系統(tǒng)工程的用地需求，從源頭上避免城市土地資源緊張導(dǎo)致的工程落地困難。
1.2保障充換電設(shè)施可靠用電
標(biāo)準(zhǔn)第4.3條規(guī)定，充換電設(shè)施接入電網(wǎng)應(yīng)充分考慮接入點(diǎn)的供電能力，便于電源線路的引入，保障電網(wǎng)安全和電動(dòng)汽車(chē)的電能供給。研究表明，電動(dòng)汽車(chē)的大量應(yīng)用，將帶來(lái)系統(tǒng)峰谷差增大、電壓驟降、諧波污染等多方面的問(wèn)題，充換電設(shè)施的接入首先要從供電電源著手，從電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件上滿足充換電設(shè)施的用電需求，并提供合格的電能質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)第4.4條規(guī)定，當(dāng)充換電設(shè)施建設(shè)在規(guī)劃實(shí)施配電自動(dòng)化的地區(qū)，接入設(shè)備應(yīng)滿足配電自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。配電自動(dòng)化是通過(guò)安裝在一次設(shè)備上的自動(dòng)化終端裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)和控制，通過(guò)對(duì)故障判斷、隔離和修復(fù)的快速響應(yīng)，提高配電網(wǎng)供電可靠性，改善電能質(zhì)量。以二次系統(tǒng)的豐富和建設(shè)為拓展手段，有計(jì)劃地對(duì)充換電設(shè)施配套的電網(wǎng)工程實(shí)施配電自動(dòng)化建設(shè)與改造，充分保證充電用電的可靠性和安全性。
1.3滿足電動(dòng)汽車(chē)雙向互動(dòng)要求
標(biāo)準(zhǔn)第4.5條規(guī)定，當(dāng)充換電設(shè)施具有與電網(wǎng)雙向交換電能的功能時(shí)，應(yīng)符合Q/GDW1738《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》關(guān)于電源接入的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著電池價(jià)格的降低和循環(huán)壽命的延長(zhǎng)，動(dòng)力電池可以作為分布式儲(chǔ)能單元向電網(wǎng)輸送電能，發(fā)揮削峰填谷的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)反向送電時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：1）應(yīng)對(duì)充換電設(shè)施接入的配電線路載流量、變壓器容量進(jìn)行校核，并對(duì)接入的母線、線路、開(kāi)關(guān)等進(jìn)行短路電流和熱穩(wěn)定校核。2）在滿足供電安全的條件下，接入單條線路的送電總?cè)萘坎粦?yīng)超過(guò)線路的允許容量；接入本級(jí)配電網(wǎng)的送電總?cè)萘坎粦?yīng)超過(guò)上一級(jí)變壓器的額定容量以及上一級(jí)線路的允許容量。3）具有雙向交換電能的充換電設(shè)施接入后，配電線路的短路電流不應(yīng)超過(guò)該電壓等級(jí)的短路電流限定值，否則應(yīng)重新選擇接入點(diǎn)。4）具有雙向交換電能充換電設(shè)施接入點(diǎn)應(yīng)安裝易操作、可閉鎖、具有明顯開(kāi)斷點(diǎn)、帶接地功能、可開(kāi)斷故障電流的開(kāi)斷設(shè)備。5）具有向電網(wǎng)輸送電能的充換電設(shè)施，其向電網(wǎng)注入的直流分量不應(yīng)超過(guò)其交流定值的0.5%。
2技術(shù)原則
2.1電壓等級(jí)選擇
標(biāo)準(zhǔn)第5.1條規(guī)定，充換電設(shè)施所選擇的標(biāo)稱電壓應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T156《標(biāo)準(zhǔn)電壓》的要求。供電電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)充換電設(shè)施的負(fù)荷，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。當(dāng)供電半徑超過(guò)本級(jí)電壓規(guī)定時(shí)，應(yīng)采用高一級(jí)電壓供電。標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)了要根據(jù)充換電設(shè)施的負(fù)荷選定供電電壓等級(jí)，負(fù)荷范圍按照導(dǎo)線的安全載流能力，并考慮一定裕度予以確定。如單相220V的240mm2的銅纜，最大供電負(fù)荷不超過(guò)11kW，因此單臺(tái)充電機(jī)按10kW控制；三相380V供電負(fù)荷，參照《國(guó)家電網(wǎng)公司業(yè)擴(kuò)供電方案編制導(dǎo)則》的要求，按接入單臺(tái)充電機(jī)不超過(guò)100kW考慮，允許多臺(tái)充電機(jī)同時(shí)接入。對(duì)于站內(nèi)布置的直流充電機(jī)，380V線路也允許120kW的充電設(shè)備接入。供電半徑的校核，除了要考慮線路載流能力外，還要結(jié)合線路功率損耗、電壓損失等情況綜合確定，并按照國(guó)標(biāo)GB/T12325《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》的要求進(jìn)行控制。1）10kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的±7%。2）220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的–7％與10%。
2.2用戶等級(jí)選擇
標(biāo)準(zhǔn)第5.2條規(guī)定，具有重大政治、經(jīng)濟(jì)、安全意義的充換電站，或中斷供電將對(duì)公共交通造成較大影響或影響重要單位的正常工作的充換電站，可作為二級(jí)重要用戶，其他可作為普通用戶。標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定充換電設(shè)施要按照用戶重要性分級(jí)，即按照充換電設(shè)施對(duì)供電可靠性的要求以及中斷供電造成的危害程度，分為二級(jí)重要電力用戶和普通用戶(標(biāo)準(zhǔn)第5.4.3條規(guī)定屬于二級(jí)重要用戶的充換電設(shè)施宜采用雙回路供電；第5.4.4條規(guī)定屬于一般用戶的充換電設(shè)施可采用單回線路供電)。區(qū)別于按照負(fù)荷重要性分級(jí)的思路，按照用戶重要性分級(jí)具有以下兩方面的優(yōu)勢(shì)：1）界定清晰，便于管理。對(duì)電網(wǎng)側(cè)，將充換電設(shè)施視為一個(gè)用電客戶，整體考慮其對(duì)供電可靠性的要求，并按照用戶對(duì)供電安全的要求制定供電方案，由電網(wǎng)公司組織方案的論證與編制；對(duì)充換電設(shè)施，可以再對(duì)內(nèi)部的電機(jī)用電、照明用電等細(xì)化負(fù)荷等級(jí)，確定具體的供電方案，該供電方案可由充換電設(shè)施投資建設(shè)方組織具有設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位進(jìn)行編制。2）符合實(shí)際，便于操作。本條款的原則性較強(qiáng)，按照用戶等級(jí)，便于從政治、經(jīng)濟(jì)、交通等層面考慮，允許充換電設(shè)施投資建設(shè)方提出雙回路供電申請(qǐng)，與電網(wǎng)公司就技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題協(xié)商解決，能夠滿足未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)充換電設(shè)施的發(fā)展要求；如按照負(fù)荷等級(jí)，則必須要求充換電設(shè)施內(nèi)部有二級(jí)及以上的負(fù)荷才能申請(qǐng)雙回路供電，操作的彈性較差。需要注意的是，劃分為二級(jí)重要電力用戶的充換電設(shè)施，應(yīng)進(jìn)行必要的論證分析，確保滿足本條款要求。
2.3接入點(diǎn)選擇
標(biāo)準(zhǔn)第5.3.1條規(guī)定，220V充電設(shè)備，宜接入低壓配電箱；380V充電設(shè)備，宜接入低壓線路或配電變壓器的低壓母線。標(biāo)準(zhǔn)第5.3.2條規(guī)定，接入10kV的充換電設(shè)施，容量小于3000kVA宜接入公用電網(wǎng)10kV線路或接入環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱等，容量大于3000kVA的充換電設(shè)施宜專線接入。標(biāo)準(zhǔn)采用“宜”的口吻給出充換電設(shè)施的建議接入點(diǎn)，不強(qiáng)制執(zhí)行，220/380V針對(duì)充電機(jī)，10kV針對(duì)充電站。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的交流充電機(jī)額定電壓為220V，額定電流16/32A，額定充電功率3.5/7kW；直流充電機(jī)額定電壓380V，額定電流一般不超過(guò)250A，額定充電功率有40kW、80kW、120kW等幾種。標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：專線接入的充換電設(shè)施，其容量應(yīng)超過(guò)3000kVA。專線接入的優(yōu)勢(shì)在于便于容量的管理與控制，有利于提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全，但占用電網(wǎng)10kV間隔資源，因此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)專線的使用沒(méi)有做強(qiáng)制規(guī)定。但對(duì)于快速充電站，考慮到充電時(shí)間短，充電功率的沖擊特性強(qiáng)等特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的編制說(shuō)明中特別強(qiáng)調(diào)容量大于3000kVA的快速充電設(shè)施，要采用專線接入。
2.4供電電源
標(biāo)準(zhǔn)第5.4.1條規(guī)定，充換電設(shè)施供電電源點(diǎn)應(yīng)具備足夠的供電能力，提供合格的電能質(zhì)量，并標(biāo)準(zhǔn)第5.4.2條規(guī)定，供電電源點(diǎn)應(yīng)根據(jù)城市地形、地貌和道路規(guī)劃選擇，路徑應(yīng)短捷順直，避免近電遠(yuǎn)供、交叉迂回。這兩項(xiàng)條款，分別從電源點(diǎn)的質(zhì)量性能和空間布局的角度，規(guī)定了電源點(diǎn)確定的一般原則。一方面，電源點(diǎn)要能夠滿足充換電設(shè)施的用電需求，按照充換電設(shè)施的遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)容量，選擇上級(jí)電源，同時(shí)能夠提供合格的電壓、頻率等電能質(zhì)量；另一方面，要求結(jié)合地理環(huán)境，就近選擇，減少與道路或其他線路的交叉，為充換電設(shè)施供電線路的安全運(yùn)行、良好維護(hù)奠定基礎(chǔ)。
2.5無(wú)功補(bǔ)償及設(shè)備選型
標(biāo)準(zhǔn)第5.5.1—5.5.4條規(guī)定了充電設(shè)施無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?，充換電設(shè)施的本質(zhì)為用電客戶，其無(wú)功補(bǔ)償遵循用戶無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?guī)定配置即可。即按照“同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步投運(yùn)、同步達(dá)標(biāo)”的原則規(guī)劃和建設(shè)，接入10kV電網(wǎng)的充電設(shè)施功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，非車(chē)載充電機(jī)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，不能滿足要求的應(yīng)安裝就地?zé)o功補(bǔ)償裝置。標(biāo)準(zhǔn)第5.6.1條規(guī)定，充換電設(shè)施接入的供電線路、變/配電設(shè)備選擇應(yīng)滿足Q/GDW1738《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》的有關(guān)要求。即供電線路應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，導(dǎo)線截面宜綜合充換電設(shè)施遠(yuǎn)期規(guī)劃容量、線路全壽命周期一次選定。220/380V線路原則上不宜超過(guò)400m，10kV供電半徑原則上不宜超過(guò)5km，超出范圍的應(yīng)核定末端電壓質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)第5.6.5條特別強(qiáng)調(diào)，負(fù)荷大于100kW的充換電設(shè)施，宜采用專用配電變壓器供電。本條款主要針對(duì)分散式充電樁，采用專用配電變壓器，將充電負(fù)荷與其他用電負(fù)荷分離，有利于無(wú)功補(bǔ)償配置及諧波治理。
2.6電能質(zhì)量
標(biāo)準(zhǔn)第6.1.1—6.1.2條規(guī)定，充換電設(shè)施接入公共連接點(diǎn)諧波電壓的限值(相電壓)要求應(yīng)符合GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值應(yīng)符合GB/T14549規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)第6.3條規(guī)定，充換電設(shè)施接入公共電網(wǎng)，公共連接點(diǎn)的三相不平衡度應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)GB/T15543《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定的限制，由各充換電設(shè)施引起的公共連接點(diǎn)三相電壓不平衡度不應(yīng)超過(guò)1.3%，短時(shí)不超過(guò)2.6%。充電機(jī)是一類(lèi)典型的電子型AC/DC電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，其內(nèi)部的電力電子元件在工作中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，因此要求嚴(yán)格控制充換電設(shè)施產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。此外，對(duì)于低壓220V接入的充電設(shè)備，要特別注意保證三相平衡。
3典型應(yīng)用
某城市的充換電站工程建設(shè)規(guī)模如表4所示。充電部分站區(qū)內(nèi)設(shè)置乘用車(chē)快充車(chē)位2個(gè)(配置2臺(tái)40kW直流充電機(jī))和慢充車(chē)位4個(gè)(配置4臺(tái)7kW交流充電機(jī))，遠(yuǎn)景預(yù)留大巴車(chē)車(chē)位2個(gè)(配置2臺(tái)100kW直流充電機(jī))。換電部分內(nèi)置乘用車(chē)換電工位1個(gè)，配置2個(gè)電池轉(zhuǎn)運(yùn)倉(cāng)、2個(gè)移動(dòng)充電倉(cāng)(含40臺(tái)3.5kW分箱充電機(jī))、40箱標(biāo)準(zhǔn)電池箱以及一臺(tái)手動(dòng)電池運(yùn)轉(zhuǎn)小車(chē)，本期設(shè)計(jì)換電能力40車(chē)次/日。按照《規(guī)范》要求，3.5kW和7kW交流充電機(jī)選用低壓220V供電，40kW和100kW直流充電機(jī)選用低壓380V供電。該充換電站建設(shè)于次要交通干線，按照普通用戶設(shè)計(jì)，采用單回10kV線路供電，供電電源取110kV變電站A的10kV出線。站內(nèi)供電系統(tǒng)的主變?nèi)萘恳黄跒?00kVA，二期為800kVA，故不選用專線接入。0.4kV一期按單母線建設(shè)，二期按單母線分段接線建設(shè)。由于城市主要采用10kV電纜供電，充換電站由環(huán)網(wǎng)柜(電纜分支箱)接入系統(tǒng)，因此，一期建設(shè)采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞?，在低壓母線安裝一臺(tái)100kVA(380V，150A)的有源濾波器對(duì)無(wú)功功率和諧波進(jìn)行綜合補(bǔ)償。二期需對(duì)每條低壓母線分別進(jìn)行補(bǔ)償。
4結(jié)論
本文結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展新形勢(shì)，對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的《電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行詳細(xì)解讀，從指導(dǎo)思想和技術(shù)原則兩方面解讀了各項(xiàng)條款的適用范圍、編制思路、基本原理、操作方法以及注意事項(xiàng)，為指導(dǎo)充換電設(shè)施接入配套電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供重要依據(jù)。
作者：薛振宇 李敬如 楊衛(wèi)紅 單位：國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院