車主的充電習慣將會對住宅小區停車場交流充電樁的配電容量計算造成較大的影響。

車主的充電習慣將會對住宅小區停車場交流充電樁的配電容量計算造成較大的影響。住宅小區停車場與社會公共停車場有一個根本區別,就是車位歸屬權基本可做到固定化。社會公共停車場的停車位任何車輛都可以停,停車時電動汽車的SOC值是隨機的,車輛的停車時長也是隨機的。而住宅小區停車場的車位大部分采用租賃或出售的形式分配到具體住戶,當住戶車輛沒有停在其車位上時,其他車輛也不能使用這個空車位。相對于單個車位來說,住戶車輛每天停車的時間段、停車時長有一定的規律可循。

在目前階段,大部分純電動私家車輛的用途是作為市內代步工具,平均每天行駛里程不會太長,根據城市大小會有一定的區別,以長沙市為例,可以按日均50 km考慮。表1為2016年全年純電動汽車銷量排行及綜合里程、行駛天數的數據(數據來源于汽車之家網站)。

電氣工程師知識:住宅小區車庫交流充電樁需要系數取值分析

表1 2016年國內純電動車排行及綜合里程、行駛天數數據

根據表1數據,按日均50 km計算,從目前市場占有量分析,大部分純電動汽車續航時間在3 ~ 6天左右,平均可以按4. 5天計。而大部分車主不會將電池電量用盡才去充電,假設按用完70 % 電量去充電考慮,也有3. 15天的連續行駛天數。

但要指出的是,車主的充電習慣很可能不會與續航天數相符,有的車主可能兩天或三天充一次,充電的時間會較長;而有的車主則會每天充電,這樣每次充電的時間則會較短。根據參考資料[7],住宅小區電動汽車接入電網充電的時間與人們生活工作規律基本一致,如圖5所示:78. 5 % 的充電開始于下午17:00以后,其中21:00 ~ 22:00間接入充電的樣本最多,約占總樣本的15 %,但在18:00仍然存在一個接入高峰;凌晨4:00 ~ 7:00的負荷低谷時段沒有充電記錄。

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從圖6看出,所有樣本的平均充電時間為182 min(約3 h),38. 3 % 的樣本充電時間在3 h左右,1 ~ 2 h的占 13. 6 %,超過4 h的占16. 9 %。單次充電的持續時間與車輛的行駛里程、充電頻率都有關系。參考資料[7] 引用資料為2012年數據(試驗樣本單臺車電池容量為35 kWh),由于技術進步,目前主流電動汽車的電池容量持續加大,故相同SOC值下單次充電時間會加長,同時電動汽車的續航里程也會增加。

對于不同車主,充電習慣可分為3類:一類是習慣于在負荷高峰時段集中充電(17:00 ~ 21:00);第二類是習慣于在負荷低谷時段集中充電(21:00以后);第三類是習慣于多次離散充電,隨時充電。如果由車主根據自身習慣自由選擇充電時間,會有自然錯峰運行的效果,不會出現所有交流充電樁都在全功率運行的情況。

根據本文第1章的實測數據及參考文獻[7] 的數據,得到如圖7所示的不同時間段交流充電樁同時使用系數Kd:假設所有車主均在SOC值為30 % 時開始充電,目前主流電動汽車的單次充電時長約為 300 min(按7 h全充時間的70 % 計算),前270 min充電機基本為全功率運行,后30 min時會逐漸下降;每個時間段開始接入電網的車輛數量百分比根據圖5的時段分布確定。

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由圖7可以看出,22:00總體負荷達到峰值,此時約有61 % 的車載充電機都在全功率運行,故可以考慮取同時使用系數Kd = 0. 6。

圖7為按照所有電動車輛都充電5 h考慮的,但實際上考慮到續航里程因素和車主充電習慣因素,當車輛SOC值較高時,充電時長將相應縮短,故可考慮將Kd進一步取小。

假設70 % 的車主每天充電(意味著每天車輛的SOC值不會太低,充電時長相應縮短,按約150 min假設);假設另外30 % 的車主每2 ~ 3天充一次電(意味著充電時車輛的SOC值偏低,充電時間較長,按300 ~ 400 min假設)。圖8是按上述假設得到的同時使用系數Kd取值。

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根據圖8可以看到,還是在22:00總體負荷達到峰值,此時約有45 % 的車載充電機在全功率運行,考慮到一定的余量,建議取同時使用系數Kd = 0. 4 ~ 0. 6。這個取值基于30 % 車主(每2 ~ 3天充一次電)在同一天充電的假設前提下,實際上此部分車主也并不會在同一天充電,存在一個錯峰因素,系數可以進一步減小。

由于上述充電習慣模型建立的前提是住宅小區電動車輛數量較多,故上述Kd取值僅在計入負荷計算的住宅小區交流充電樁數量較大時建議采用;如果計入負荷計算的住宅小區交流充電樁數量較少時,Kd系數取值建議適當增大。根據參考資料 [9] 《交流充電樁需要系數研究》,筆者對系數進行了一些調整,最終建議取值如下:

n ≤ 10(n為計入負荷計算的住宅小區交流充電樁數量)時,Kd = 0. 8 ~ 1. 0;

10 < n ≤ 30時,Kd = 0. 7 ~ 0. 8;

30 < n ≤ 50時,Kd = 0. 6 ~ 0. 7;

n > 50時,Kd = 0. 4 ~ 0. 6。

需要系數

需要系數Kx的取值最終與兩個因素相關:第一是同時充電的車輛數;第二是車輛充電系統在接入電網充電時所能承受的最大充電功率。考慮到目前主流車載充電機的功率值現狀以及電纜更換的難度,建議在計算變壓器、供電干線時采用不同的Kx系數取值。

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變壓器低壓側(如表4所示)

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表4 住宅小區停車場變壓器側建議需要系數近期取值

表4中Kz系數的取值僅針對目前主流車載充電機功率,隨著技術的發展,車載充電機的功率會越來越大,最終達到國標允許范圍的最高值7 kW,這將導致Kz系數不斷增大直至最終達到Kz = 1。但同時隨著電動汽車技術的進步,其續航里程也會越來越大,導致Kd系數不斷減小,筆者認為這兩個系數此消彼長,對最終Kx系數會帶來一定的影響,但影響不會太大,至于實際會是怎樣的變化,有待在實際操作中進一步驗證。

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配電干線側(如表5所示)

隨著電動汽車技術的進步,其續航里程會越來越大,導致Kd系數不斷減小;另外在實際設計工作中,一條供電干線負責給50臺以上交流充電樁提供電源的情況較少出現。