城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造中電動汽車充電樁應用探討

安科瑞 華楠

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，拓展 5G 應用，建設數(shù)據(jù)中心，增加充電樁、換電站等設施，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費需求、助力產業(yè)升級。充電樁作為新能源汽車產業(yè)發(fā)展與推廣的配套設施，將迎來高速發(fā)展機遇?！秾嵤┏鞘懈滦袆印访鞔_：加強城鎮(zhèn)老舊小區(qū)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下，各地紛紛制定了技術導則，老舊小區(qū)改造分為“基礎類”“完善類”“提升類”。國家啟動“新基建”，國家發(fā)改委“關于進一步提升電動汽車充電基礎設施服 務保障能力的實施意見”（發(fā)改能源規(guī)〔2022〕53 號） 發(fā)布，都將會加大老舊小區(qū)充電樁的建設步伐，積極滿 足老舊小區(qū)居民關于電動汽車充電的迫切需求。

關鍵字：充電樁 變壓器 安全

1 趨勢分析

根據(jù) GB / T 51313 - 2018 《電動汽車分散充電設施工程技術標準》（以下簡稱 《汽車充電標準》）第3.0.2條：“新建住宅配建停車位應100 %建設充電設施或預留建設安裝條件”不適用老舊小區(qū)的改造。由于老舊小區(qū)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(jù)第3.0.2條第3款：“既有停車位配建分散充電設施，宜結合電動汽車的充電需求和配電網(wǎng)現(xiàn)狀合理規(guī)劃、分步實施”。老舊小區(qū)因前期用電規(guī) 劃中未涉及電動汽車充電設施，當時設計的變壓器容量也因電力發(fā)展負荷容量逐步增加而接近飽和，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選擇困難、增容影響小區(qū)電網(wǎng)正常運轉等難點問題，僅討論老舊小區(qū)如何在不增容的前提下盡可能多地增設充電樁應用，以滿足居民的強烈需求。筆者調研了所在城市 2 個上世紀90 年代的典型老舊小區(qū)，一個是某醫(yī)院家屬院（簡稱 A 小區(qū)），一個是多層住宅小區(qū)（簡稱 B 小區(qū)）。A 小區(qū)變壓器除承擔住宅用電外還承擔一部分醫(yī)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(qū)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(shù)據(jù)如表 1 所示。由表 1 可看出 A 小區(qū)變壓器尚有一部分冗余，B 小區(qū)變壓器容量接近飽和，沒有擴容可能，但谷峰差異比較懸殊。經調研，居民對充電樁有需求，而物業(yè)部門由于電力負荷不夠、車位較少、如何收費、充電樁如何選擇、充電安全等問題制約表示很無奈。經筆者溝通，物業(yè)部門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(qū)改造中“提升類”的要求。

表 1 老舊小區(qū)變壓器負載率

2 老舊小區(qū)改造中充電樁的選擇應用

電動汽車充電樁分為交流和直流兩類，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，結合老舊小區(qū)居民出行規(guī)律允許有較長的持續(xù)充電時間，尤其是有峰谷電價調節(jié)地區(qū)的居民用戶對電價的敏銳度更強，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路都是一個巨大的考驗，一般老舊小區(qū)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(qū)的改造。電動汽車充電具有間歇性和不規(guī)律性，集中充電易導致電網(wǎng)常規(guī)用電高峰重疊，會影響小區(qū)電網(wǎng)正常運行，只有實行分布錯峰充電，才能避免充電負荷與生活用電負荷高峰時段重疊。這樣的話，在現(xiàn)有小區(qū)變壓器不增容的情況下，通過制定電動汽車有序充電用電策略，合理控制輸出功率，就能滿足車輛的充電需求。

表 2 電動汽車充電樁分類

3 分時共享有序充電系統(tǒng)的解決方案

圖 1 系統(tǒng)圖

針對老舊小區(qū)改造中充電樁應用難題，電動汽車充電樁分時共享、有序充電管理系統(tǒng)可以滿足老舊小區(qū)的改造需求。系統(tǒng)通過監(jiān)測配電變壓器功率限值、實時負荷及上級系統(tǒng)的控制指令等情況，動態(tài)控制充電樁的上線數(shù)量、充電輸出等，從而實現(xiàn)小區(qū)電網(wǎng)“車 - 樁 - 網(wǎng)”協(xié)調調度，如圖 1 所示。配電監(jiān)控管理裝置通過通信單元與網(wǎng)絡運營管理平臺之間實現(xiàn)以太網(wǎng)通信，測量配電變壓器的容量，實時上傳配電網(wǎng)中電壓、電流、功率、負載冗余量等參數(shù)，運營管理云平臺根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)信息對充電樁的接入、退出、充電、輔源輸出等運行狀態(tài)進行控制操作；網(wǎng)絡運營管理平臺通過以太網(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充電樁主控單元、保護及監(jiān)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實現(xiàn)交流充電樁和直流充電樁的控制引導、安全保護及監(jiān)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)絡運營管理平臺與手機 APP 客戶端相互通信。實時監(jiān)測變壓器負荷，當負荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，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，在不進行小區(qū)配網(wǎng)升級改造的情況下，使得充電樁的安裝量增加，同時實現(xiàn)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門為了保護低壓配電線路中短路、過載、超溫、漏電和過/欠壓等問題研發(fā)，可以合理克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關和監(jiān)控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，當發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

4結語

城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造中增設充電設施是帶動電動汽車消費，帶領低碳生活、推進綠色發(fā)展的重要舉措，設計人員應根據(jù)小區(qū)實際情況設計安全的充電設施，盡可能在不進行小區(qū)配網(wǎng)升級改造的情況下進行部署。并通過智能物聯(lián)、分時共享、有序充電等新技術實現(xiàn)電動汽車參與電力運行削峰填谷，提高電網(wǎng)效率，推動充電樁在智慧交通、智慧城市建設中發(fā)揮重要作用。