为何装入流量分析对于EV快速刷卡站设计至关重要

全球向电动车辆(EVs)的过渡正在加速电力系统规划,进入未知领域。 快速充电站能够提供每台150千瓦至350千瓦的连接器,对配电网络施加集中、间断的负荷。 没有严格的负载流量研究,公用事业和开发商就有可能发生电压不稳定、变压器超载以及昂贵的基础设施故障。 负载流量分析为安全、高效和可扩展的快速充电部署提供了数量基础。

本文探讨了负荷流量研究如何指导车站发展的各个阶段,从选址和设备规模到电网互联和应急规划。 我们将探索现实世界的方法、监管制约和新兴趋势,这些趋势使得负荷流量分析成为EV生态系统不可或缺的。

EV 充电上下文中的负载流量基本原理

装入流程研究的计算

负载流研究可以解决整个网络的稳态电压、电流、真实和被动的电流和系统损失。对于EV充电,分析必须模拟高度可变的负载,这种负载可以在分钟内从零拉到高峰需求。关键产出包括:

  • 每台总线的电压剖面[,以确保符合ANSI C84.1射程A或B标准.
  • 屏蔽装入[ (电缆,变压器,开关),以防止热超载.
  • 功率因子[]和反应功率要求,特别是对于具有非统一功率因子的充电器.
  • 系统损失,以评价业务效率和成本。

快速刷新负载的独特挑战

与住宅二级充电机(7–19 kW)不同,DC快速充电机(DCFC)表现为大,非线性负载. 充电电子可以注入谐振,在倾斜时产生电压闪烁器,在接近额定功率时会吸引显著的被动电流. 常规负载流模型必须说明:

  • 同时充电会话(对大功率充电器来说,负载多样性系数较低).
  • 电池电荷状态效应 —充电器可以拉动恒功率,直到接近充电,然后是摄制机.
  • 现场储能和太阳能发电,引入双向电流.

将负载流量研究纳入车站开发工作流程

步骤1:现场可行性和设施间连接筛选

在承诺到一个位置之前,开发者利用公用支线数据进行初步的负载流量评估. 这项研究在普通耦合点(PCC)确定现有容量. 如果现有的变压器或二级网络缺乏头室,分析会量化升级成本和时间表. 美国许多公用事业现在需要进行互联效应研究[,包括负载流量,短路,以及保护协调分析(每IEEEE 1547 和当地关税规则).

第2步:详细电气设计

在可行的PCC确认后,工程师在动力系统软件(如ETAP,SKM,PSS/E)中构建了详细的单线图. 负载流模型包含: .

  • 变形器障碍、水龙头设置和收视率
  • 导电器的调和度和长度
  • 充电器变电损失和反应功率特性
  • 现场生成或储存调度战略

模拟运行于多种情景:最坏情况下同时充电,离峰基线,以及故障应急。设计必须满足电压下降限[(通常在充电终端满载时为% 5%)和转换装 [],持续值勤时不得超过名牌100%。

电网集成和电压调节

降压

长次电流从服务变压器到充电摊位是压低的常见原因。负载流分析揭示了压低超过极限的确切位置。解决方案包括:

  • 提升导体或平行支线
  • 安装电压调节器或增压变压器
  • 增加本地电容库,以改善电源系数和减少反应电流
  • 以主动电压支持定位充电器(例如,能够吸收或注入反应力的反转器)

对进货机和分站加载器的影响

一组快速充电器可以将配电支线推到其热限。装入流量研究带有小时负载剖面图(使用OpenDSS或类似工具),有助于公用事业计划:

  • 变形器升级或负载到相邻的支线
  • 需求响应程序,在高峰电网压力期间减少充电
  • 后方电池存储以剃除峰值需求

对大功率充电走廊的NREL研究发现,如果不优化负载流量,10+350千瓦充电器的集群在安装两年内可能造成支线超载. 主动分析将升级成本降低40%.

真实世界案例研究:高速公路走廊快速交通网络

项目范围

一个联合体计划沿着300英里长的州际走廊建造12个快速充电站点,每个站点8个,350千瓦。 当地配电公司在给予互联之前需要进行系统撞击研究[,在三个站点,现有的12.47千伏支线缺乏1.2兆瓦以上的容量;每个站点将同时编制2.8兆瓦。

装入流程结果

研究显示,在最远的充电器中,在高峰期运行时,电压槽(6–8 % ) 是不可接受的。 此外,在夏季下午,一个服务于商业-住宅混合区的变压器已经装入85%;加上EV充电,将推进到130%。

工程解决方案

根据负载流模拟,工程师建议:

  • 在两个需求最高的站点专门安装4.16千伏服务变压器[,直接从新的分站巴士上进货.
  • 在第三站点的500千瓦电池缓冲器[剃度峰,将变压器装载量降低到95%.
  • 12.47千伏支线上长期导致斜拉索的电压调节设备[(步压调节器)。
  • 电源因子校正[,在每个站点使用电容器维持PF>0.95,最小化反应电流.

最后的设计满足了公用设施的要求,在所有充电环节中电压保持在±5%以内。 研究还提供了分阶段计划,以便在不干扰现有客户的情况下进行施工。

(另见 NREL的高功率充电走廊研究,以了解相关发现. )

纳入可再生能源和储存

许多现代充电站包括现场太阳能光伏和电池存储. 负载流量分析随着双向电流而变得更加复杂. 工程师必须建模:

  • 太阳能生成变化(云瞬变,季节倾斜)
  • 电池充电/放电调度(例如低电网需求和峰值充电事件期间放电)
  • 岛屿探测和防岛屿防护每 IEEE 1547-2018

适当的负载流模拟可以确保当太阳能发电超过站负荷时,逆向电流不会超过分配设备的评级,它也验证存储系统能够提供电压支持并降低变压器应力.

遵守法规和标准

北美的快充电站必须遵守多种代码和标准。负载流量研究直接支持遵守:

  • NEC 第625条 – 超时保护和设备评级
  • IEEE 1547 (分布式能源的互联)
  • ANSI C84.1 ——利用设备的电压范围
  • 针对用户的互联要求 - 通常要求作为应用软件包的一部分进行电流研究

在欧洲,相应的标准包括电压质量的EN 50160[和EV充电的各种IEC 61851系列. 负载流研究对于遵守同样至关重要.

未来趋势:动态载荷流量和智能充电

电网- 软件充电实时装入流量

分配自动化的进步使得负载流计算可以接近实时运行. 充电站可以使用动态负载流结果来根据电网条件调整充电率. 例如,由10个充电机组成的机队在支线超载时可能会将功率集体降低30%,通过优化各阶段负载分布来将损失降到最低.

电力电子的高可靠性模型

下一代负载流工具正在纳入碳化硅(SiC)和硝化 ⁇ (GaN)在超快充电器中使用的反转产物的详细模型,这些模型能够捕捉口琴注射和瞬间反应,从而能够进行更精确的网格融合研究.

概率负载流量

因为EV充电行为具有一定的性能,所以概率负载流量分析正在获得牵引力。 分析不是假设最坏的同时充电,而是运行了数千个蒙特卡洛模拟器,以产生概率电压和装载分布。公用事业用这个方法设定了现实的能力要求,避免投资过度。

关于更深入地潜入概率负载流法,请参见此 IEEE关于使用EV充电的分布系统中的不确定性模型的论文.

结论:可扩展基础设施的基本条件

负载流量分析并不是一次性的复选框 — — 这是一个连续的工程过程,它支撑着每一个成功的EV快速充电项目。 从确保充电终端的电压质量到向监管者证明电网稳定性,这些研究可以防止成本高昂的错误,并能够更快的部署。 随着充电电水平的攀升和网络密度的增大,负载流量仍将是电力系统规划的电动支柱。

开发者、公用事业和监管者必须合作,使负荷流方法标准化,共享支线数据,并投资于分析工具。 其结果将是充电基础设施安全高效,并准备大规模采用电动车辆。

关于EV基础设施分配系统规划的补充读物,美国能源部的EV-Grid互联指南[为公用事业和开发商提供了实用的建议。