[发明专利]充电站电力自动化测控节能控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种充电站电力自动化测控节能控制系统，主要包括智能控制柜，包括柜体、设置于柜体内的控制器、低压总断路器、若干低压智能断路器；低压总断路器的输入端连接0.4kV电源、输出端通过分支铜母排分别与若干低压智能断路器的进线侧连接，每个低压智能断路器的出线侧连接交/直流充电桩；控制器的输入端连接配电房低压柜中变压器低压母线、输出端通过输出控制总线与若干个低压智能断路器连接。还公开了一种充电站电力自动化测控节能控制方法，包括充电站的智能测控与节能控制、扩充充电桩数量的备用充电、控制柜的安全运行控制。本发明既能够满足电动汽车安全、可靠的充电需求，又减少充电站的空载损耗，提升充电效率。

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域，特别是涉及一种充电站电力自动化测控节能控制系统及其方法。

背景技术

当前，新能源汽车正加速发展，城市公用充电站、公交汽车专用充电站建设运营面临困局，特别是城市公用充电站和高速公路充电站经营公司每年面临亏损的局面，新建充电站投入大，资金回收周期长，盈利困难。充电站建设逐步萎缩，造成新能源汽车消费下降，反过来影响充电桩建设市场，形成悖论：“是先有车，还是先有桩？”。目前充电经营企业面临三大痛点：充电站电能耗损大、充电站能源利用效率低、运营成本高。

公开数据显示，预计到2020年底，国内充电桩保有量将达到480万个，中国第一电动网公开的数据显示，电能损耗方面，2017年全国直流桩损耗就高达3.8亿度电，如果按照电动车发展计划，到2030年电动汽车整体保有量达到8000万辆，那么整体的充电损耗将达到250亿度电。目前全国公共桩平均使用率为4％，北京、上海更是低至1.3％，充电站内交/直流桩盈亏平衡点使用率应该为6.3—8.4％和3.1—4.2％。当每个直流桩的空载时间高达95％以上，充电站总损耗与总电量之间的占比将达到10％—20％之间，部分使用率低的充电站占比将达到40％左右，甚至更高。这就造成充电运营企业普遍亏损，电能损耗的关键点在于大功率直流充电桩和多台变压器空载损耗。

1、充电站电能损耗大。充电站内供电设备和充电设备空载损耗分析：一是变压器本身的损耗(铁损和铜损)，铁损由变压器本身决定，铜损由充电负荷大小决定。多台大容量变压器其空载损耗就越大，以常规S13-1250kVA变为例，单台空载损耗为0.97千瓦，负载损耗为12千瓦。一个双变压器供电的充电站一年内固定的变压器空载为1.6994万千瓦时，可以为单台30千瓦时的电动汽车充电566次。另外由于充电客户随机选择充电桩，造成双变压器负载不平衡，两台变压器负荷有空载、满载运行的情况，满载变负荷越大，铜损越大。因满载和空载造成的变压器能量损耗占月度实际用电量的15.6％；二是充电桩的空载能耗。一个公共充电站每台充电桩一天真正的充电运行时间在2小时左右，平均充电利用率为8.3％，一天中有22个小时处于空载待机状态。依据充电桩生产规范，一台60kW的直流充电桩，其固定的空载损耗为92瓦(计算公式为：Ps≤0.12％Pn+20)。一座中大型充电站安装80台/60kW直流充电机，充电桩一年空载损耗电能将达到6.4473万千瓦时的电量(0.092*24*365*80＝64473)，这个电量折算电费36104元(电价0.56元/度计)，这个损耗可以为单台30千瓦时的电动汽车完成2149次充电。

2、充电站能源利用效率低。目前在运行的公共充电站，变压器总容量≥充电桩总功率。想扩展充电桩就必须新增加变压器数量，造成投入加大。目前充电站内原有变压器容量空载率较高，依据变压器功率输出特性，其经济运行负载率区间为50％—70％。在全站充电桩都运行，单台直流充电桩对汽车充满电时间不大于30分钟，变压器负载率随着时间的推移而逐步下降，总体充电功率也同时逐步下降，充电功率呈现盈余状态。当有新的充电需求时，此时充电桩已经全部被占用，新进来的充电汽车需要等待一段时间(10—40分钟之间)，当站内充电桩有退出后才能进行充电，浪费充电时间和充电功率，使站内能源利用效率低。根本的缺陷就是没有配置电力自动化测控装置，不能智能管理变压器功率输出，充电站内不能扩展一定数量的充电桩作为备用充电设备以满足客户充电需求，从而丢失充电客户。