2020年電動汽車保有量將突破500萬輛，無序充電需要7個(gè)三峽電站才能夠滿足車輛需求。我們的車輛能否在現(xiàn)有配網(wǎng)的基礎(chǔ)上減少對電網(wǎng)的沖擊?如何與電網(wǎng)友好互動，成為智能電網(wǎng)的一部分?同時(shí)作為直流電源和負(fù)載，如何通過直流母線的應(yīng)用與其他直流負(fù)載直接進(jìn)行能量交換，從而提升能量利用效率，節(jié)能減排?

能量云與大數(shù)據(jù)

在微電網(wǎng)，尤其是智能微電網(wǎng)的應(yīng)用中，負(fù)荷預(yù)測是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)室里所做的模型或量化的算法，無法顧全復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，導(dǎo)致在日或者周的預(yù)測上準(zhǔn)確率會有所下降，在此情況下，我們可以通過搜集現(xiàn)有項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料來做動態(tài)的策略管理。

上圖是特來電能量監(jiān)控系統(tǒng)的截圖。在這個(gè)平臺上可以實(shí)時(shí)監(jiān)控全國范圍內(nèi)項(xiàng)目每天的能量流動情況、設(shè)備運(yùn)行情況、以及客戶的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，通過實(shí)時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)上傳到云平臺。

上圖是特來電全國廠商的布局情況。我們把站點(diǎn)理解為一個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)，全部上傳到云端之后就形成了一個(gè)規(guī)模稍微龐大一點(diǎn)的微網(wǎng)，然后利用這些數(shù)據(jù)繪制不同的曲線做人工智能的優(yōu)化，例如控制電損，或者了解各地方的電損情況，也可以把環(huán)境等因素考慮進(jìn)來，做小時(shí)或者天的負(fù)荷預(yù)測等。

上圖為“王”字微網(wǎng)技術(shù)體系，由下而上分別為：交互層、管控層、平臺層，可以從這三個(gè)角度去思考能量管理系統(tǒng)。

交互層：實(shí)現(xiàn)的是自我的配電系統(tǒng)，例如電動汽車、光伏、儲能、直流用電以及冷熱等都可以集中在交互層。

管理層：用來做和電網(wǎng)之間交互的一些事情，例如削峰填谷、創(chuàng)建綠色電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的友好互動等。

平臺層：即云層，包括調(diào)控云、能量云，充放電云、設(shè)備云、運(yùn)維云、支付云、售電云、碳交易云等，這些都是在未來打通能源網(wǎng)絡(luò)以及電動汽車大數(shù)據(jù)之后產(chǎn)生的云平臺。

基于現(xiàn)有的汽車生態(tài)充電網(wǎng)以及未來要做的能源管理，構(gòu)建了“雙網(wǎng)融合”的生態(tài)價(jià)值體系，把新能源微網(wǎng)、汽車充電網(wǎng)中的變配電、智慧儲能、太陽能、風(fēng)能和能源大數(shù)據(jù)等體系融合在一起。“雙網(wǎng)融合”是核心，包括智能設(shè)備的制造、智能運(yùn)維、以及智慧能源管理等，這些都是用大數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的。

共直流母線的微網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)

直流微網(wǎng)是指以電力電子變換設(shè)備為紐帶，通過穩(wěn)定、快速的控制系統(tǒng)，將直流發(fā)電、儲能及直流負(fù)載等各種元素柔性融合的微網(wǎng)系統(tǒng)。

為什么要做直流微網(wǎng)?我們身邊的負(fù)載，例如電動汽車?yán)锩娴碾姵兀瑑δ茈姵亍⒎植际诫娫础㈦娔X、LED燈、變頻冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等都是直流負(fù)載，如果用交流輸電再轉(zhuǎn)換成直流，就會存在很多能量的損失，那為什么不直接掛在直流母線上呢，這就是直流母線提出的初衷。

以光伏系統(tǒng)為例，光伏出來的都是直流電，通過DC/DC的電壓變換，然后做DC/AC掛到交流母線上。儲能也是通過直流變交流掛到網(wǎng)上。將光伏發(fā)電傳送到車上的時(shí)候，不但要把直流變成交流，還要再把交流變成直流，這樣能量就會有無謂的損失。上圖中右側(cè)是直流微網(wǎng)的架構(gòu)，把光伏、儲能和汽車都直接并在直流側(cè)，用一個(gè)超級PDU做能量的分配，實(shí)現(xiàn)在直流端能量的直接的相互的流動。

上圖是某園區(qū)微網(wǎng)的示意圖。上圖藍(lán)色的部分是直流母線，用的是1250的雙分裂變壓器，每邊掛的負(fù)載都是對稱的，每一條母線上掛了500kw的光伏，200kw的儲能，以及功率為200kw的電動汽車充放電的系統(tǒng)，并且還掛載了一些直流負(fù)載，這樣就形成了一個(gè)自治的小的直流微網(wǎng)，再通過雙向變換器與交流側(cè)做能量的變換，這樣就實(shí)現(xiàn)了很大一部分能量的自治，例如白天光伏發(fā)的電可以直接儲能給電動汽車充電，在白天用電負(fù)荷比較大的時(shí)候汽車放電，在直流側(cè)需要能量或者能量多余的時(shí)候就可以通過AC/DC的雙向變換器，或者叫四象限模塊，連接到交流側(cè)配網(wǎng)，把電送到交流側(cè)或者從交流側(cè)取電，減少從大電網(wǎng)的取電，實(shí)現(xiàn)小區(qū)域的自治。

在這樣的系統(tǒng)里面，不得不提到車的作用。電動汽車是未來的發(fā)展趨勢，這里引用國網(wǎng)提出的電動汽車V2G的概念，V2G就是車對電網(wǎng)放電的意思，引進(jìn)直流母線之后，就不用先V2G，然后再G到負(fù)荷了，直接就可以V2H或者V2L，這樣就形成了一個(gè)新的概念 “V2X”，即通過直流側(cè)的交互，做到源-網(wǎng)-荷-儲-車的友好互動，實(shí)現(xiàn)車對多種能源直接充放電的管理。

以其他地區(qū)的微網(wǎng)為例，例如上圖左半部分，用一套能量管理軟件把配電、光伏、充電、儲能這些相對獨(dú)立的東西統(tǒng)一管控起來，可以算是做到了能量的深度調(diào)配和利用，但是個(gè)人覺得這還不是一個(gè)最佳的方案。

我們把配電、光伏、儲能、充電等電力電子設(shè)備高度集成，做到一個(gè)箱變里面，外面接10kv，配交流和直流兩條母線，交流的負(fù)載做到交流母線上，直流的負(fù)載做在直流母線上，這樣一個(gè)箱變就解決了四個(gè)箱變的問題，用一個(gè)箱變的投資代替四個(gè)箱變的投資，設(shè)備的綜合投資包括占地面積、集約程度都會有一個(gè)很大的進(jìn)步，就會形成一個(gè)高度集成的系統(tǒng)。

設(shè)備的運(yùn)行可以利用能量管理的模式，園區(qū)的配電，能量的消耗、監(jiān)控，廠區(qū)的設(shè)備運(yùn)行情況都可以集中監(jiān)控，放在展示系統(tǒng)里面，因?yàn)檫@種能量管理是放在云上的，所以遠(yuǎn)傳的展示、監(jiān)控、調(diào)度等都是可以實(shí)現(xiàn)的。

園區(qū)配電

顯示監(jiān)視園區(qū)的電壓、電流、功率等實(shí)時(shí)電參量，直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行工況

能耗概況

園區(qū)內(nèi)發(fā)生的全部內(nèi)耗

光伏監(jiān)控

監(jiān)視統(tǒng)計(jì)園區(qū)屋頂光伏發(fā)電情況

微網(wǎng)箱變

以組態(tài)圖方式顯示設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行工況

基于就地控制和云端控制等多個(gè)層級的控制來實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)。就地控制可以實(shí)現(xiàn)毫秒級的管控，例如大電網(wǎng)跳電、并離網(wǎng)切換、或者云層遮擋了光伏，光伏出力減少等情況，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地切換，通過能量管理系統(tǒng)做分鐘級或者小時(shí)級的能量負(fù)荷預(yù)測，充放電、經(jīng)濟(jì)的調(diào)度、通過云端控制。

上圖是園區(qū)最初的用電情況。左邊是用電負(fù)荷，中間是電費(fèi)情況，綠色的圓柱代表的是廠區(qū)的純負(fù)荷，加上引進(jìn)電動車之后的無序充電，從右側(cè)的圖中可以看到，上午的時(shí)候峰值很高，夜晚谷電的時(shí)候基本上無人使用，這也是大部分園區(qū)目前的用電情況。

根據(jù)上述情況，我們把光伏引進(jìn)到微網(wǎng)中，園區(qū)的電費(fèi)直接降到了8730元;把車有序的充放電、儲能電池引進(jìn)之后，從右側(cè)的負(fù)荷情況中可以看到低谷時(shí)期的負(fù)荷比以前高了很多，尖峰的時(shí)候比以前低了很多，全天的負(fù)荷比較平滑，電費(fèi)也達(dá)到了50%左右的節(jié)能開支，可以說在微網(wǎng)的應(yīng)用上取得了一定的成功。

關(guān)鍵設(shè)備配置

四象限模塊整合了逆變、整流、SVG(無功補(bǔ)償)、APF(諧波治理)、離網(wǎng)運(yùn)行、PCS(儲能變流器)等電力產(chǎn)品功能，融合成一款電力路由魔方，實(shí)現(xiàn)了能源的路由與互聯(lián)。

上圖中的四象限模塊主要是進(jìn)行AC到DC的能量轉(zhuǎn)換，在直流側(cè)能量不足的時(shí)候用這個(gè)模塊從交流側(cè)把能量變過來，實(shí)現(xiàn)DC/AC的雙向變換。這里還整合了對電網(wǎng)的整流、無功補(bǔ)償、并離網(wǎng)的切換、儲能逆變器等功能，做了一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)。

智慧儲能單元：

首次實(shí)現(xiàn)了直流微網(wǎng)與儲能單元的大功率電能交互

60kW DC/DC變換模塊

單柜額定高達(dá)240kW變換，可60kW逐級遞增

高效率：峰值效率97.5%，額定96.5%以上

寬工作電壓范圍: 50~780Vdc

寬工作溫度范圍 : -40度～65度工作

與四象限變換模塊做到同外形同尺寸

核心器件:雙向DCDC儲能模塊

上圖是汽車充放電柜，柜子里裝的是汽車的充放電模塊，與普通的充電樁不同，這里實(shí)現(xiàn)了汽車的放電功能，每個(gè)模塊是10kW雙向直流電能變換，可以把車的電直接放在直流母線上，相當(dāng)于直流調(diào)壓、變壓的作用。

汽車充放電單元：

首次實(shí)現(xiàn)了直流微網(wǎng)對電動汽車的充放電功能

模塊化10kW雙向直流電能變換

單柜額定運(yùn)行功率最高達(dá)100kW，可10kW逐級遞增

并柜實(shí)現(xiàn)100kW*n的功率變換

雙向PDU實(shí)現(xiàn)模塊與電動車充電的智能分配與靈活變換

汽車充放電模塊：

基于第三代半導(dǎo)體SIC技術(shù)

單向主功率拓?fù)浼与p向接觸器實(shí)現(xiàn)電能雙向流動

雙級結(jié)構(gòu)拓?fù)湓炀透咝剩悍逯敌?7.5%，額定96.5%以上

寬工作電壓范圍: A/B端口電壓200-700Vdc

雙向PDU單元可以和車對接起來，在車沒電的時(shí)候給車充電，也可以把車上的電放出來：

實(shí)現(xiàn)車輛端和DCDC模塊之間的功率流動

內(nèi)部集成BMS控制器以及電源模塊控制器

雙向PDU實(shí)時(shí)監(jiān)控充、放電操作流程

保證充放電操作有序、可靠

應(yīng)用場景&價(jià)值體現(xiàn)

1、 高科技產(chǎn)業(yè)園

利于發(fā)展建筑光伏

電動汽車規(guī)模聚集

典型的峰谷差用能

存在大量直流負(fù)載

重要負(fù)荷保障供電

多能互補(bǔ)綜合節(jié)能

可以在園區(qū)中鋪設(shè)大量的光伏，深度利用電動汽車的充放電和儲能的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)峰谷價(jià)差的收益，并且還可以保證重要負(fù)荷的供電，利用多能互補(bǔ)的形式做到綜合節(jié)能，所以這種工業(yè)型的微網(wǎng)系統(tǒng)用在高科技的產(chǎn)業(yè)園區(qū)是比較合適的。

2、新城鎮(zhèn)

建筑式光伏發(fā)電

戶用儲能錯峰用電

電動汽車儲能

智能家居智慧用電

可以預(yù)見，未來小區(qū)屋頂上安裝玻璃屋頂，用戶側(cè)的儲能，錯峰用電，電動汽車參與電量交互，鄰居之間相互放電，智能家居等情況在新城鎮(zhèn)里面都會出現(xiàn)。

3、光儲充停車場

上圖是集光伏、儲能于一體的微網(wǎng)停車場，每個(gè)柱子里面包含的設(shè)備形成了一個(gè)小的微網(wǎng)，這類型微網(wǎng)還可以和大電網(wǎng)連接，和大電網(wǎng)相互支撐，這才是一個(gè)較好的分布式微網(wǎng)的概念。

除上述場景外，微網(wǎng)還可以用在數(shù)據(jù)中心、科技展館、缺電的海島鄉(xiāng)村等，把光、風(fēng)、柴油機(jī)、冷熱電等結(jié)合在微網(wǎng)中，做成微網(wǎng)群，實(shí)現(xiàn)和大電網(wǎng)的友好互動，為電網(wǎng)出一份力。

精彩問答

1、 電動汽車V2G技術(shù)什么時(shí)候才能大量應(yīng)用于需求側(cè)響應(yīng)，對儲能投資是否有直接影響?

目前電動汽車V2G技術(shù)已經(jīng)有部分應(yīng)用，例如在公交大巴上的應(yīng)用就用的很好，但是在數(shù)字化應(yīng)用上可能還是需要一段時(shí)間的。其實(shí)在電池的應(yīng)用上，包括換下來的梯次電池，都是車載電池的一部分，應(yīng)用的方式方法都是一樣的。隨著電池廠的不斷投建，儲能投資一個(gè)很明顯的趨勢就是價(jià)格越來越低，對儲能的影響應(yīng)該還是蠻大的。

2、 如果說將微網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于充電樁的建設(shè)，那么比普通的汽車充電站能節(jié)省多少電能?

按照純的投資金額，微網(wǎng)應(yīng)用于充電站和普通充電站相比，充電站越復(fù)雜投資越大，在電力富裕的情況下投一個(gè)簡單的充電站比較容易，在電力不足的情況下，例如當(dāng)小區(qū)5000個(gè)車位同時(shí)接進(jìn)來，對電能負(fù)荷要求很高的時(shí)候，我們就需要用微網(wǎng)做調(diào)度、能量的管理，這個(gè)時(shí)候就要看綜合價(jià)值。

3、 相對于交流母排，直流母排的微網(wǎng)設(shè)計(jì)是不是電網(wǎng)友好性好一些?

大電網(wǎng)用的直流輸電形式只有特高壓遠(yuǎn)距離輸電，所以也談不上系統(tǒng)內(nèi)的直流母排對電網(wǎng)是不是友好，因?yàn)榫退阍谥绷鱾?cè)通過四象限模塊或者DC/DC模塊做內(nèi)部的自治，電網(wǎng)的接口還是交流接口，所以以后在配電側(cè)有一條能夠直流入戶的電，才能真正實(shí)現(xiàn)直流電能的互動，當(dāng)然這還需要一個(gè)建設(shè)的適應(yīng)周期，所以現(xiàn)在在自有的微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)用直流母線，這種技術(shù)還是成熟的。

4、 目前在建設(shè)充電站時(shí)，光伏容量的建設(shè)比例占多少?

一般是按照雨棚的面積鋪設(shè)光伏，8-10個(gè)車位的充電場站差不多是幾十個(gè)千瓦。

5、 建直流母線等配電設(shè)施，一般增加多少成本?

按照直流側(cè)帶的設(shè)備、負(fù)載、包括調(diào)配管理的系統(tǒng)需要做多大等實(shí)際情況決定。

6、 V2G必然產(chǎn)生電池壽命或行駛里程，充放電比重多少更有性價(jià)比?

現(xiàn)在鋰電池的循環(huán)次數(shù)可以做到3000-4000次左右，隨著續(xù)航里程越來越大，如果一周充電2次，一年也就是100多次，車報(bào)廢的時(shí)候電池也不一定會報(bào)廢，所以V2G對車的電池的壽命的影響還是可以接受的，當(dāng)然還可以利用柔性充電技術(shù)、CMS技術(shù)等將車放電以及V2G產(chǎn)生的影響降到最低。