光伏储能一体化电动汽车充电站的继电保护与运维管理

摘要：光伏储能一体化电动汽车充电站的继电保护配置需综合考虑光伏发电、储能充放电、充电桩及电网的协同运行特性，其核心在于解决多电源结构下的保护动作逻辑配合困难及可靠有效运维等问题。以下结合相关技术文献和标准，从保护需求、配置原则、控制要求及合规性等方面进行分析。

电动汽车充电站属于三级负荷，可由一路10kV市电供电，通常采用箱式变电站，由高压室、变压器室和低压室三个独立小室组成，用电容量一般在630kVA~1250kVA之间。充电站分布式光伏装设容量受限于场地，一般安装在车棚顶部或附近建筑顶部，储能柜容量大小根据充电需求和投资预算选择。光伏汇流柜、储能汇流柜、储能柜等相关设备可放置在预制舱，电气一次干线图如图所示。

图1.1 光伏储能一体化充电站电气干线示意图

光储一体化充电站继电保护相比传统电站将会更为复杂，光伏和储能系统的接入使充电站供电结构从单电源变为多电源，导致短路电流的分布和方向发生变化。光伏逆变器、储能PCS均为电力电子设备，其本身针对故障的反应动作时间远高于传统继电保护装置和断路器的组合。

例如，变压器低压侧短路时，电网和光伏、储能可能同时向故障点注入电流，保护逻辑设置不合理可能误动或无法快速隔离故障。其次，传统的低压断路器过流保护可能无法满足各级保护选择性要求，需确保故障发生时仅切除故障区域，避免因保护误动导致故障范围扩大，影响充电站运行可靠性。至后，继电保护配置还需要满足相关标准和规范对于分布式电源接入电网的相关要求。

2.1 桩级保护

GBT51313-2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》对于非车载充电机（直流充电桩）的保护要求如下：“4.0.6非车载充电机应具备交流输入过压保护、交流输人过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护和内部过温保护等功能。”直流充电桩保护功能主要由直流充电桩内部模块实现，可以结合GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》“13.5.5储备仓库、电动车充电等场所的末端回路应设置限流式电气防火保护器。”要求，部分直流充电桩可加装限流式保护器。

对交流充电桩要求“4.0.7 交流充电桩应具备过负荷保护、短路保护和漏电保护功能。交流充电桩漏电保护应符合现行国家标准《电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》GB/T18487.1的有关规定。”结合《民用建筑电气设计标准》要求，交流充电桩配置电气防火限流式保护器，快速实现过负荷、短路保护和漏电保护。

2.2 0.4kV回路继电保护

光伏逆变器、储能变流器本身具备比较完善的保护功能，不需要另外配置保护装置。根据根据GB/T 19964《光伏发电站接入电力系统的技术规定》要求，在并网点设置防孤岛保护装置，在电网停电时动作于跳开光伏和储能并网断路器，防止孤岛运行向电网送电。并网点需要监测电能质量数据，包括电流/电压/总谐波畸变率、电压合格率、电压波动/闪变等，配置APView400电能质量在线监测装置。此外，为了满足0.4kV保护选择性要求，在发生故障时缩小故障范围，可以在主要回路配置低压保护装置，实现速断、过流保护、过负荷保护、欠/过电压保护、漏电保护等等。

2.3 10kV回路继电保护

10kV进线回路和变压器分别配置线路保护装置AM5SE-F和变压器保护装置AM5SE-T，如变压器高压侧不设置断路器，则在进线处设置变压器保护装置。进线保护和变压器保护均应设置带方向的电流速断、过流、过负荷保护，变压器保护还需要配置非电量保护，包括温度保护、开门保护，油浸式变压器还需要设置瓦斯保护。

根据《电能质量管理办法（暂行）》和《光伏发电站接入电力系统的技术规定》，分布式电源用户公共连接点还需要监测电能质量数据，需要配置电能质量在线监测装置；如是自发自用、余电不上网的用户还需要设置防逆流保护或防逆流调节装置。

2.4 协调控制器

协调控制器ACCU-100具备智能网关数据采集、协议转换、存储等功能之外，还具备新能源的使用策略控制功能，可以按照预设的逻辑控制光伏出力、储能充/放电、充电桩充电控制以及负荷调节等功能，并与云端平台进行交互，响应云端策略配置。

安科瑞AEV200-DC240M分体式直流充电柜采用为一柜四桩设计，单桩至大充电功率240kW，充电电压150V-1000V，单桩至大电流250A，满足用户快速充电需求。具备交流输入过压保护、交流输人过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护和内部过温保护等功能

图3.1 AEV200-DC240M充电柜以及AEV200-DC250AS直流充电桩

除了分体式充电桩外，公司还提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充电桩以及7kW交流充电桩，满足各种场合的充电要求。

AcrelEMS智慧能源管理平台融合电力监控、电能质量分析及治理、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，可以帮助光储充一体化充电站提高供电可靠性，优化能源使用策略，就地消纳新能源发电，降低充电成本。

4.1 充电运营管理

安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图4.1 充电运营管理

4.2 光伏储能能量管理

能量管理策略实现电网、光伏发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图4.2 光伏、储能、充电桩能量管理

4.3 有序充电管理

系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图4.3 有序充电管理

光伏储能一体化充电站采用分层分级保护和监控来提高供电可靠性和分布式电站运行合规性，配合智慧能源管理平台和合理的新能源控制策略来实现有效充电与经济性平衡。AcrelEMS智慧能源管理平台结合安科瑞各类继电保护和自动控制装置，可以同时管理分散在各区域的数量众多的各类充电站，根据充电站来制定控制策略，从而使充电站更清洁、有效的运行。