光伏儲能一體化充電站繼電保護配置及運管平臺解決方案

安科瑞 陳聰

摘要：光伏儲能一體化電動汽車充電站的繼電保護配置需綜合考慮光伏發電、儲能充放電、充電樁及電網的協同運行特性，其核心在于解決多電源結構下的保護動作邏輯配合困難及可靠運維等問題。以下結合相關技術文獻和標準，從保護需求、配置原則、控制要求及合規性等方面進行分析。

1 光伏儲能一體化充電站的電氣設計

電動汽車充電站屬于三級負荷，可由一路10kV市電供電，通常采用箱式變電站，由高壓室、變壓器室和低壓室三個獨立小室組成，用電容量一般在630kVA~1250kVA之間。充電站分布式光伏裝設容量受限于場地，一般安裝在車棚頂部或附近建筑頂部，儲能柜容量大小根據充電需求和投資預算選擇。光伏匯流柜、儲能匯流柜、儲能柜等相關設備可放置在預制艙，電氣一次干線圖如圖所示。

圖1.1 光伏儲能一體化充電站電氣干線示意圖

2 充電站繼電保護要求

光儲一體化充電站繼電保護相比傳統電站將會更為復雜，光伏和儲能系統的接入使充電站供電結構從單電源變為多電源，導致短路電流的分布和方向發生變化。光伏逆變器、儲能PCS均為電力電子設備，其本身針對故障的反應動作時間遠高于傳統繼電保護裝置和斷路器的組合。

例如，變壓器低壓側短路時，電網和光伏、儲能可能同時向故障點注入電流，保護邏輯設置不合理可能誤動或無法快速隔離故障。其次，傳統的低壓斷路器過流保護可能無法滿足各級保護選擇性要求，需確保故障發生時僅切除故障區域，避免因保護誤動導致故障范圍擴大，影響充電站運行可靠性。繼電保護配置還需要滿足相關標準和規范對于分布式電源接入電網的相關要求。

2.1 樁級保護

GBT51313-2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》對于非車載充電機（直流充電樁）的保護要求如下：“4.0.6非車載充電機應具備交流輸入過壓保護、交流輸人過流保護、直流輸出過壓保護、直流輸出過流保護和內部過溫保護等功能。”直流充電樁保護功能主要由直流充電樁內部模塊實現，可以結合GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》“13.5.5儲備倉庫、電動車充電等場所的末端回路應設置限流式電氣防火保護器。”要求，部分直流充電樁可加裝限流式保護器。

對交流充電樁要求“4.0.7 交流充電樁應具備過負荷保護、短路保護和漏電保護功能。交流充電樁漏電保護應符合現行標準《電動汽車傳導充電系統*1部分:通用要求》GB/T18487.1的有關規定。”結合《民用建筑電氣設計標準》要求，交流充電樁配置電氣防火限流式保護器，快速實現過負荷、短路保護和漏電保護。

2.2 0.4kV回路繼電保護

光伏逆變器、儲能變流器本身具備比較完善的保護功能，不需要另外配置保護裝置。根據根據GB/T 19964《光伏發電站接入電力系統的技術規定》要求，在并網點設置防孤島保護裝置，在電網停電時動作于跳開光伏和儲能并網斷路器，防止孤島運行向電網送電。并網點需要監測電能質量數據，包括電流/電壓/總諧波畸變率、電壓合格率、電壓波動/閃變等，配置APView400電能質量在線監測裝置。此外，為了滿足0.4kV保護選擇性要求，在發生故障時縮小故障范圍，可以在主要回路配置低壓保護裝置，實現速斷、過流保護、過負荷保護、欠/過電壓保護、漏電保護等等。

2.3 10kV回路繼電保護

10kV進線回路和變壓器分別配置線路保護裝置AM5SE-F和變壓器保護裝置AM5SE-T，如變壓器高壓側不設置斷路器，則在進線處設置變壓器保護裝置。進線保護和變壓器保護均應設置帶方向的電流速斷、過流、過負荷保護，變壓器保護還需要配置非電量保護，包括溫度保護、開門保護，油浸式變壓器還需要設置瓦斯保護。

根據《電能質量管理辦法（暫行）》和《光伏發電站接入電力系統的技術規定》，分布式電源用戶公共連接點還需要監測電能質量數據，需要配置電能質量在線監測裝置；如是自發自用、余電不上網的用戶還需要設置防逆流保護或防逆流調節裝置。

2.4 協調控制器

協調控制器ACCU-100具備智能網關數據采集、協議轉換、存儲等功能之外，還具備新能源的使用策略控制功能，可以按照預設的邏輯控制光伏出力、儲能充/放電、充電樁充電控制以及負荷調節等功能，并與云端平臺進行交互，響應云端策略配置。

3 充電樁設備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設計，單樁額定充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁額定電流250A，滿足用戶快速充電需求。具備交流輸入過壓保護、交流輸人過流保護、直流輸出過壓保護、直流輸出過流保護和內部過溫保護等功能

圖3.1 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁

除了分體式充電樁外，公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁，滿足各種場合的充電要求。

4 智慧能源管理平臺

AcrelEMS智慧能源管理平臺融合電力監控、電能質量分析及治理、充電樁運營管理、分布式光伏監控、儲能管理等功能，可以幫助光儲充一體化充電站提高供電可靠性，優化能源使用策略，就地消納新能源發電，降低充電成本。

4.1 充電運營管理

安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監控、收益分析等功能。

圖4.1 充電運營管理

4.2 光伏儲能能量管理

能量管理策略實現電網、光伏發電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動融合和靈活調配。系統在保障變壓器安全運行前提下進行優化調控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網送電的情況下還可以通過調節光伏發電、儲能充電、調節充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖4.2 光伏、儲能、充電樁能量管理

4.3 有序充電管理

系統實時監測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結合充電需求和儲能系統放電容量對充電進行動態控制，包括：用戶權限識別、充電行為統計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調整充電價格等方式來引導用戶充電需求，提高電網對充電的友好度和容納能力。

圖4.3 有序充電管理

5 結束語

光伏儲能一體化充電站采用分層分級保護和監控來提高供電可靠性和分布式電站運行合規性，配合智慧能源管理平臺和合理的新能源控制策略來實現充電與經濟性平衡。AcrelEMS智慧能源管理平臺結合安科瑞各類繼電保護和自動控制裝置，可以同時管理分散在各區域的數量眾多的各類充電站，根據充電站來制定控制策略，從而使充電站更清潔、有效的運行。