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段青:基于能量路由器的电动汽车充电站系统

  2023年12月19日-21日,由中国电动汽车充电基础设施促进联盟、中国汽车工业协会充换电分会、杭州市富阳区人民政府联合主办的“2023中国汽车充换电生态大会”在杭州举办。本届大会以“迎接新挑战,全面推动充换电基础设施高质量发展”为主题,设置了“1+1+6+N”场会议和发布,即1场闭门会议+1场大会论坛+6个主题论坛+N场重磅发布,会议围绕“充换电基础设施建设”、“充电桩下乡”、“高品质充电服务”、“换电模式”、“海外出口”、“车网互动”等方面进行深入交流,研讨构建产业高质量发展格局的对策、方法与路径。其中,在12月21日上午进行的“主题论坛六:车网互动模式研讨”环节,中国电力科学研究院配电技术中心总工程师段青发表了精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  段青总工程师,给大家分享了《基于能量路由器的电动汽车充电站系统》,主要包括三个部分:能量路由器系列装备,能量路由器快速充电站系统,典型场景应用。
  首先介绍了当前电动汽车发展背景和对配电网带来的挑战。随着我国“3060”碳达峰、碳中和整体目标的提出,我国整个能源体系都会进行大量的变革。从现在的碳排数据和预测的情况来看要实现降碳目标,能源电力和交通领域都是主战场,任务非常地艰巨。只有源、荷可再生新能源的大量利用以及控制和信息技术的优化还有完备的市场才能完成既定的双碳目标。大规模随机、不可控的分布式资源无序接入配电网给世界各国都带来了挑战。电动汽车的大量发展,公共充电站是充电服务的有效补充方式,解决电动汽车里程焦虑问题。怎样构建充电站其实需要进行大量的相关研究和规划,并且要构建经济性的且具备车网互动的公共充电站才是对用户充电非常友好的补充。利用能量路由器先进技术构建车网互动公共充电系统是有效的方式。
  随后,段青总工程师,详细介绍了能量路由器相关系列装备。从普通工频变压器的发展到有载调容调压变压器、到电力电子融合变压器、到固态变压器,最后到能量路由器,清晰的给出了配电网核心装备的发展和演化机理,以及未来区域能源互联网的结构形态。能量路由器可融合配电变压器、固态开关、交直流配用电、分布式光伏变流器、储能变流器、柔性充电堆等功能,是未来构建区域能源互联网的核心装备。
  如何利用能量路由器构建公用电动汽车充电站,段青总工给出了详细的本体主电路拓扑和充电站光、储、充系统架构方案并和传统方案进行了详细对比,在设备大小、设备造价、系统效率、电能质量控制与治理、安全保护、直流接线方式、稳定运行、故障穿越、数字化运维、嵌入式能量管理系统、光储充协调运行、参与调频和调峰市场等方面都有极高的优势,保障最高的经济性和安全、稳定性。
  在典型应用场景介绍中,段青总工详细介绍了基于能量路由器的充电站经济性计算,包括一次性投入设备成本,与常规方案基本相当。对于施工成本,一个单台2兆瓦能量路由器,对比传统方案占地面积减少3/4,减少高压柜和配电施工的成本2/3。布线施工方面,380伏的大电流粗线径五芯线缆变为750伏小电流细线径两芯线缆。可降低布线成本2/3,降低线损约30%,N—2冗余设计,极大降低了故障率,减少维护工作量50%,全系统状态感知,由“定时维护”变为“状态维护”。运营收益,全生命周期成本以2MW充电站为例,按10kV一体化充电站综合工况下效率比传统方案高3%,电费0.6元/kWh,在30%利用率情况下,10年内可多收益107.1万元。
  并且段青总工还简单介绍了沈阳、青岛、襄垣、厦门、银川等已建和在建示范工程的情况,都取得了良好效果。为未来数字化支撑车网互动的电动汽车充电站系统指明了发展方向。
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