城鎮老舊小區改造中電動(dòng)汽車(chē)充電樁應用探討

摘要：《2020 年政府工作報告》指出：加強新型基礎設施建設，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò )，拓展 5G 應用，建設數據中心，增加充電樁、換電站等設施，推廣新能源汽車(chē)，激發(fā)新消費需求、助力產(chǎn)業(yè)升級。充電樁作為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與推廣的配套設施，將迎來(lái)高速發(fā)展機遇?！秾?shí)施城市更新行動(dòng)》明確：加強城鎮老舊小區改造，是重大的民生工程和發(fā)展工程。目前在多重政策推動(dòng)下，各地紛紛制定了技術(shù)導則，老舊小區改造分為“基礎類(lèi)"“完善類(lèi)"“提升類(lèi)"。國家啟動(dòng)“新基建"，國家發(fā)改委“關(guān)于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施服 務(wù)保障能力的實(shí)施意見(jiàn)"（發(fā)改能源規〔2022〕53 號） 發(fā)布，都將會(huì )加大老舊小區充電樁的建設步伐，積極滿(mǎn) 足老舊小區居民關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)充電的迫切需求。

關(guān)鍵字： 充電樁  變壓器  安全

 

       根據 GB / T 51313 - 2018 《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設施工程技術(shù)標準》（以下簡(jiǎn)稱(chēng) 《汽車(chē)充電標準》）第3.0.2條第1款：“新建住宅配建停車(chē)位應100 %建設充電設施或預留建設安裝條件"不適用老舊小區的改造。由于老舊小區一般建于2000年年底以前，不同于棚改的“推倒重建"，而是在既有基礎上“提檔升級"，只能依據第3.0.2條第3款：“既有停車(chē)位配建分散充電設施，宜結合電動(dòng)汽車(chē)的充電需求和配電網(wǎng)現狀合理規劃、分步實(shí)施"。老舊小區因前期用電規 劃中未涉及電動(dòng)汽車(chē)充電設施，當時(shí)設計的變壓器容量也因電力發(fā)展負荷容量逐步增大而接近飽和，導致后期加裝充電樁變得非常困難。本文不討論充電設施安裝地點(diǎn)選擇困難、增容影響小區電網(wǎng)正常運轉等難點(diǎn)問(wèn)題，僅討論老舊小區如何在不增容的前提下盡可能多地增設充電樁應用，以滿(mǎn)足居民的強烈需求。筆者調研了所在城市 2 個(gè)上世紀90 年代的典型老舊小區，一個(gè)是某醫院家屬院（簡(jiǎn)稱(chēng) A 小區），一個(gè)是多層住宅小區（簡(jiǎn)稱(chēng) B 小區）。A 小區變壓器除承擔住宅用電外還承擔一部分醫院附屬用房用電，包括燃氣鍋爐房、食堂、后勤辦公，鍋爐房負荷容量 60 kW 僅在冬季投入；B 小區變壓器承擔住宅用電和臨街商鋪用電，變壓器負載率調研數據如表 1 所示。由表 1 可看出 A 小區變壓器尚有一部分冗余，B 小區變壓器容量接近飽和，沒(méi)有擴容可能，但谷峰差異比較懸殊。經(jīng)調研，居民對充電樁有需求，而物業(yè)部門(mén)由于電力負荷不夠、車(chē)位較少、如何收費、充電樁如何選擇、充電安全等問(wèn)題制約表示很無(wú)奈。經(jīng)筆者溝通，物業(yè)部門(mén)表示只要在不增容的前提下，也愿意想辦法改造增設充電樁，畢竟這是大勢所趨，也是老舊小區改造中“提升類(lèi)"的要求。

表 1 老舊小區變壓器負載率

 

 

 

 

       電動(dòng)汽車(chē)充電樁分為交流和直流兩類(lèi)，如表 2 所示。鑒于充電樁有“交流慢速充電"和“直流快速充 電"的特點(diǎn)，結合老舊小區居民出行規律允許有較長(cháng)的持續充電時(shí)間，尤其是有峰谷電價(jià)調節地區的居民用戶(hù)對電價(jià)的敏感度更強，適合選擇“交流慢充" 方式。交流充電樁接入220 V電源就可以使用，并且交流單相充電樁充電功率是 7 kW，電流小于32A；而直流充電樁的充電功率一般都在 30 kW 以上，單槍的輸入電流較大，這對變壓器容量和供電線(xiàn)路都是一個(gè)巨大的考驗，一般老舊小區甚至一臺都安裝不了。從安裝角度考慮，直流充電樁安裝成本比較高，線(xiàn)路敷設甚至比設備成本還要高。因此，交流單相 7kW慢充充電樁適合老舊小區的改造。電動(dòng)汽車(chē)充電具有間歇性和不規律性，集中充電易導致電網(wǎng)常規用電高峰重疊，會(huì )影響小區電網(wǎng)正常運行，只有實(shí)行分布錯峰充電，才能避免充電負荷與生活用電負荷高峰時(shí)段重疊。這樣的話(huà)，在現有小區變壓器不增容的情況下，通過(guò)制定電動(dòng)汽車(chē)有序充電用電策略，合理控制輸出功率，就能滿(mǎn)足車(chē)輛的充電需求。

 

表 2 電動(dòng)汽車(chē)充電樁分類(lèi)

 

圖 1 系統圖

       針對老舊小區改造中充電樁應用難題，電動(dòng)汽車(chē)充電樁分時(shí)共享、有序充電管理系統可以滿(mǎn)足老舊小區的改造需求。系統通過(guò)監測配電變壓器功率限值、實(shí)時(shí)負荷及上級系統的控制指令等情況，動(dòng)態(tài)控制充電樁的上線(xiàn)數量、充電輸出等，從而實(shí)現小區電網(wǎng)“車(chē) - 樁 - 網(wǎng)"協(xié)調調度，如圖 1 所示。配電監控管理裝置通過(guò)通信單元與網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)管理平臺之間實(shí)現以太網(wǎng)通信，測量配電變壓器的容量，實(shí)時(shí)上傳配電網(wǎng)中電壓、電流、功率、負載冗余量等參數，運營(yíng)管理云平臺根據電網(wǎng)參數信息對充電樁的接入、退出、充電、輔源輸出等運行狀態(tài)進(jìn)行控制操作；網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)管理平臺通過(guò)以太網(wǎng)通信方式分別與交流充電樁的主控單元和直流充電樁的主控單元連接；交流充電樁和直流充電樁均通過(guò)充電樁主控單元、保護及監測單元、刷卡單元、計量單元、費用結算單元、人機交互單元、輸出單元、輔助電源切換單元來(lái)實(shí)現交流充電樁和直流充電樁的控制引導、安全保護及監測、人機交互、計量及費用核算、充電記錄及故障信息存儲；網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)管理平臺與手機 APP 客戶(hù)端相互通信。實(shí)時(shí)監測變壓器負荷，當負荷超過(guò)50%時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過(guò)80%時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負荷下降為止，大幅度提升了配電網(wǎng)管理充電樁的能力，在不進(jìn)行小區配網(wǎng)升級改造的情況下，使得充電樁的安裝量增加，同時(shí)實(shí)現電網(wǎng)削峰填谷的目標。

       ASCP200-40B防火限流式保護器是安科瑞專(zhuān)門(mén)為了保護低壓配電線(xiàn)路中短路、過(guò)載、超溫、漏電和過(guò)/欠壓等問(wèn)題研發(fā)，可以有效克服傳統斷路器、空氣開(kāi)關(guān)和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長(cháng)、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，當發(fā)生短路故障時(shí)，能以微秒級速度快速限制短路電流以實(shí)現滅弧保護，從而能顯著(zhù)減少電氣火災事故，保障使用場(chǎng)所人員和財產(chǎn)的安全。

 

       城鎮老舊小區改造中增設充電設施是帶動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)消費，低碳生活、推進(jìn)綠色發(fā)展的重要舉措，設計人員應根據小區實(shí)際情況設計安全的充電設施，盡可能在不進(jìn)行小區配網(wǎng)升級改造的情況下進(jìn)行部署。并通過(guò)智能物聯(lián)、分時(shí)共享、有序充電等新技術(shù)實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)參與電力運行削峰填谷，提高電網(wǎng)效率，推動(dòng)充電樁在智慧交通、智慧城市建設中發(fā)揮重要作用。