任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：現(xiàn)階段由于充電站內(nèi)的電費(fèi)計(jì)量模塊不能接入電網(wǎng)公司電表系統(tǒng)，電網(wǎng)公司需額外加裝電表獲取充電數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于儲(chǔ)能電表的充電站，整合電表與充電站的重復(fù)功能模塊。利用STM32F103C8T6微控制器結(jié)合控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線完成充電站與儲(chǔ)能電表之間的電氣連接和交互控制，并進(jìn)行了樣機(jī)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證。結(jié)果表明相較于傳統(tǒng)充電站，基于儲(chǔ)能電表的充電站可以簡(jiǎn)化充電站結(jié)構(gòu)，降低充電站制造、安裝成本，更好地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)間的互聯(lián)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；儲(chǔ)能電表；充電站；樣機(jī)開(kāi)發(fā)

0引言

近年來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車(ElectricVehicle，EV)銷量持續(xù)猛增，根據(jù)預(yù)測(cè)2021年中國(guó)新能源汽車銷量或?qū)⒊^(guò)180萬(wàn)輛，相較2020年銷量同比增長(zhǎng)明顯。一方面持續(xù)增長(zhǎng)的EV充電負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生新的充電高峰，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成沖擊，另一方面，EV充電負(fù)荷有很強(qiáng)的時(shí)空靈活性和儲(chǔ)能特性，可作為電網(wǎng)的后備電源。這就對(duì)電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度和EV的配套充電設(shè)施性能提出了更高的要求。為充分發(fā)揮EV移動(dòng)儲(chǔ)能特性，緩解EV充電對(duì)電網(wǎng)的不利影響，電網(wǎng)公司需要掌握EV的實(shí)時(shí)充電信息。

現(xiàn)有的充電站內(nèi)部雖然有獨(dú)立的電費(fèi)計(jì)量模塊，但是由于電網(wǎng)公司對(duì)其計(jì)量結(jié)果并不完quan認(rèn)可，因此未接入到電網(wǎng)公司電表系統(tǒng)，使得電網(wǎng)公司無(wú)法直接獲取準(zhǔn)確的EV充電數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的解決方案是在充電站端口額外加裝一塊電網(wǎng)公司電表。由于加裝電表和充電站在電費(fèi)計(jì)量功能的重復(fù)性，這種方案不僅增加了充電設(shè)施體積還增加了充電設(shè)施制造、安裝成本。

針對(duì)此問(wèn)題，考慮到儲(chǔ)能電表以智能芯片為核心，具有電能計(jì)量、自動(dòng)控制、信息交互等功能的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種基于儲(chǔ)能電表的充電站，對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能電表進(jìn)行改裝，拓展充電站控制功能，完成充電站和電表的有機(jī)結(jié)合。首先在儲(chǔ)能電表中加入充電控制模塊，然后使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork，CAN)總線連接電表和充電槍等器件，通過(guò)儲(chǔ)能電表的控制模塊對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行控制，并加裝漏電保護(hù)裝置、急停按鈕以及防護(hù)外殼等器件。將儲(chǔ)能電表拓展為一個(gè)完整的充電站。本文介紹了基于儲(chǔ)能電表的充電站硬件組成部分，隨后進(jìn)行樣機(jī)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，之后總結(jié)現(xiàn)有方案的不足，展望了技術(shù)發(fā)展方向。

1基于儲(chǔ)能電表的充電站硬件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車要完整的實(shí)現(xiàn)充電流程，離不開(kāi)電能輸送裝置和電能計(jì)量裝置?，F(xiàn)有的充電站和加裝在其端口的電網(wǎng)公司電表有很多相同功能模塊，具體如圖1所示。

相同的功能模塊不僅使充電設(shè)施整體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，更增加了制造成本。在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮基于可接入電網(wǎng)公司系統(tǒng)的儲(chǔ)能電表進(jìn)行拓展，使其具備充電站控制功能，將充電站和電表進(jìn)行整合?；趦?chǔ)能電表的充電站主要包括儲(chǔ)能電表、充電站和前端斷路器三部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。從電網(wǎng)側(cè)引入的火線和零線依次接入儲(chǔ)能電表和充電站，以便儲(chǔ)能電表對(duì)于通過(guò)火線和零線輸入的電能進(jìn)行采樣和計(jì)量及充電站向EV輸出電能。

1.1儲(chǔ)能電表部分

基于DDSY1352型單相儲(chǔ)能智能電能表進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)能電表的主控單元采用STM32F103C8T6微控制器作為核心控制器件，控制RS485通信模塊、電源模塊、液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)、采樣模塊以及充電站完成相應(yīng)功能。主控單元組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

電源模塊采用MC33063ADR2G電源芯片，經(jīng)過(guò)內(nèi)置降壓器降壓后，為其他各功能模塊提供電能，其主要電路如圖4所示。

通信模塊方面，在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下為了設(shè)備間的通信，選用無(wú)線傳輸距離更遠(yuǎn)、傳輸速率更高、支持多站通信的RS485通信模塊。儲(chǔ)能電表中的采樣模塊經(jīng)過(guò)分壓電阻、采樣電阻、電流互感器獲得電壓信號(hào)、火線電流信號(hào)和零線電流信號(hào)用于電能計(jì)量。LCD屏可顯示充電費(fèi)用、充電時(shí)長(zhǎng)、充電電量、充電狀態(tài)等內(nèi)容。時(shí)鐘復(fù)位電路用以保證時(shí)間的準(zhǔn)確性。對(duì)于電表和充電站之間的連接及控制問(wèn)題，使用實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)的CAN總線連接實(shí)現(xiàn)。此外儲(chǔ)能電表內(nèi)部還設(shè)有一組繼電器，微控制單元(MicrocontrollerUnit，MCU)可通過(guò)控制繼電器的開(kāi)合來(lái)控制充電站輸出電能。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，MCU根據(jù)卡片感應(yīng)信號(hào)、電能電量計(jì)量信號(hào)以及按鍵信號(hào)等信號(hào)，綜合判斷是否滿足設(shè)定的充電電量、充電時(shí)長(zhǎng)、充電費(fèi)用等結(jié)束充電條件或者判斷充電站是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。MCU根據(jù)判斷結(jié)果控制繼電器的開(kāi)合。

1.2充電站部分

充電站主要包括充電槍、讀卡器、蜂鳴器以及數(shù)據(jù)傳輸單元(DataTransferUnit，DTU)四部分。儲(chǔ)能電表控制模塊中MCU通過(guò)相互獨(dú)立地電連接并控制充電槍和讀卡器進(jìn)而完成對(duì)充電站的控制。充電槍的輸入端通過(guò)線束連接儲(chǔ)能電表采樣模塊輸出端的火線和零線，充電槍的輸出端(槍頭)可插入EV的充電接口。讀卡器用于讀寫(xiě)用戶卡片的卡片感應(yīng)信息，并且將卡片感應(yīng)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡片感應(yīng)信號(hào)并傳輸至MCU控制器。充電站還設(shè)有一個(gè)蜂鳴器用于提示充電站運(yùn)行狀態(tài)?；趦?chǔ)能電表的充電站分為單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版兩種版本，其中網(wǎng)絡(luò)版為了完成數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，設(shè)有DTU轉(zhuǎn)換器，可插入SIM(SubscriberIdentityModule)卡進(jìn)而接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)充電站與客戶端、服務(wù)端的互聯(lián)。

1.3前端斷路器

為了用電的安全性，基于儲(chǔ)能電表的充電站設(shè)置一個(gè)前端斷路器。考慮到直流充電站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，選擇對(duì)直流電和交流電都起保護(hù)作用，保護(hù)范圍更*的A型斷路器。

2樣機(jī)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證

2.1樣機(jī)介紹

基于儲(chǔ)能電表的充電站電表部分相較于普通電表，設(shè)置了雙層防護(hù)殼以及漏電保護(hù)器，進(jìn)一步提升了安全防護(hù)能力。其中*層防護(hù)殼帶有物理鎖，工作人員可使用鑰匙開(kāi)鎖打開(kāi)*層防護(hù)殼操作漏電保護(hù)器，*層防護(hù)殼使用螺絲固定。電表的LCD顯示屏具有兩種顯示模式，即自動(dòng)循環(huán)顯示模式和按鍵觸發(fā)顯示模式。當(dāng)按鍵被觸發(fā)時(shí)，形成按鍵信號(hào)的同時(shí)背光燈自動(dòng)啟動(dòng)，便于操作人員進(jìn)行操作。在用戶操作時(shí)，蜂鳴器根據(jù)用戶不同的操作狀態(tài)、充電站運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)出不同的蜂鳴聲。在電表側(cè)面設(shè)置一個(gè)急停裝置，在緊急情況下可按下紅色按鈕直接斷開(kāi)充電站與電網(wǎng)的連接，及時(shí)停止充電，保護(hù)用戶生命、財(cái)產(chǎn)安全，避免事故進(jìn)一步惡化。在上述經(jīng)過(guò)改裝的儲(chǔ)能電表基礎(chǔ)上采用CAN總線連接充電線槍等器件*終構(gòu)成完整的充電站，具體如圖5所示。

2.2樣機(jī)測(cè)試

在樣機(jī)開(kāi)發(fā)后，為驗(yàn)證基于儲(chǔ)能電表的充電站安全性，對(duì)其進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)等項(xiàng)目測(cè)試，具體測(cè)試要求如表1所示。測(cè)試結(jié)果顯示基于儲(chǔ)能電表的充電站具備良好的安全性能，可以穩(wěn)定地為EV充電。

3實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，單機(jī)版基于儲(chǔ)能電表的充電站為即插即用式。用戶將充電槍插入EV，充電站開(kāi)始為EV充電直至電滿后自動(dòng)斷開(kāi)。用戶可在電表的LCD屏上查詢充電狀態(tài)、充電時(shí)間、充電電壓、充電電流等具體充電信息。網(wǎng)絡(luò)版基于儲(chǔ)能電表的充電站配備客戶端支持用戶設(shè)定充電需求、查看充電詳細(xì)信息，用戶在充電前需下載相應(yīng)APP(Application)，其使用流程如圖6所示。

用戶需要充電時(shí)，首先在客戶端查看附近可用充電站具體位置。用戶到達(dá)相應(yīng)位置后，首先將充電槍插入EV，然后使用APP掃描充電站身二維碼設(shè)定充電需求，充電APP界面如圖7所示，并將啟動(dòng)命令發(fā)送至云端服務(wù)器。

具體操作界面如圖7a)所示。確認(rèn)信息后服務(wù)器將啟動(dòng)命令發(fā)送到充電站DTU，充電站收到指令后啟動(dòng)充電。在充電過(guò)程中用戶可以查看充電時(shí)間、充電電量、充電功率、充電電壓等詳細(xì)充電信息，具體界面如圖7b)所示。充電結(jié)束后，用戶會(huì)收到充電結(jié)算清單，包括具體充電電量、充電費(fèi)用等信息，具體如圖7c)所示。

在實(shí)際應(yīng)用中，基于儲(chǔ)能電表的充電站在保證充電穩(wěn)定性和充電效率的情況下相較傳統(tǒng)充電站額外加裝電網(wǎng)公司電表的方式，制造、安裝成本可以降低約15%，并且基于儲(chǔ)能電表的充電站相較于普通充電站所需空間更小，可適應(yīng)空間相對(duì)狹小的環(huán)境。

4 Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1平臺(tái)概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電站運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

4.2平臺(tái)適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無(wú)電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖1系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.1.2儲(chǔ)能界面

圖3儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來(lái)展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖8儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖10儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖11儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來(lái)展示對(duì)充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

5.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫(huà)面，且通過(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

5.1.6發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過(guò)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預(yù)測(cè)界面

5.1.7策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

具體策略根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況（如儲(chǔ)能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時(shí)支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備*時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖17運(yùn)行報(bào)表

5.1.9實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖18實(shí)時(shí)告警

5.1.10歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖19歷史事件查詢

5.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(zhǎng)閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長(zhǎng)閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

5.1.12遙控功能

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統(tǒng)計(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖23統(tǒng)計(jì)報(bào)表

5.1.15網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

5.1.16通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開(kāi)通信管理程序，然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖25通信管理

5.1.17用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權(quán)限

5.1.18故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開(kāi)關(guān)量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故qian10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶隨意修改。

6結(jié)束語(yǔ)

本文所提出的基于儲(chǔ)能電表的充電站可以有效減小充電站體積，減少充電站安裝、制造成本，促進(jìn)車網(wǎng)間有效互聯(lián)。此方案在應(yīng)用測(cè)試中取得了很好的示范作用，具有很大的推廣價(jià)值。電網(wǎng)可以通過(guò)基于儲(chǔ)能電表的充電站直接和EV建立通信獲取充電數(shù)據(jù)，為EV有序充電、V2G(Vehicle-toGrid)等技術(shù)的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。在未來(lái)的研究中，將進(jìn)一步優(yōu)化電路提高該新型充電站性能，研究一個(gè)電表連接多個(gè)充電站的形式改善結(jié)構(gòu)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王超.周竹菁.張嘉昊.基于儲(chǔ)能電表的充電站研究與應(yīng)用.

【2】馮玉婷.2020年全球電動(dòng)汽車銷量突破300萬(wàn)輛[J].新能源科技，2021(3)：15-18.

【3】楊瑋婷.基于階梯儲(chǔ)能的單相智能電表設(shè)計(jì)[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2020.

【4】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。