高速公路光储式换电站的分析

李潇潇 赵子青 李悦悦 徐忠良 侯占武 马一鸣

摘 要：本文提出利用高速公路服务区和收费站的空闲场地建设光储式电动汽车换电站，对电动汽车充电与换电方式的特点进行了比较，分析了光储式电动汽车换电站的结构与能量流动回路，最后阐述了光储式电动汽车换电站的运行工况。

关键词：高速公路；光储式；换电站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.151

1 绪论

为推动新能源的健康发展，展现绿色通行的理念，本文提出利用高速服务区和收费站的屋面、空地、停车场等建设光储式电动汽车换电站，集太阳能光伏并网发电、太阳能光伏独立发电、电动汽车换电功能于一体。既可以实现光伏并网发电，又可以实现对电动汽车的快速更换电池的能力，同时可以作为高速服务区的备用供电源。不仅是节约土地资源和提升高速公路形象的重要体现，同时还对能源结构的优化有重要意义。

2 电动汽车充电与换电方式的特点比较

（1）采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5-8h。这种充电方式的主要缺点是充电过程所消耗的时间过长，不能满足用户的便捷实用需求。

（2）快速充电方式，该方式下用较大电流对蓄电池组短时间充电。这种方式的主要问题是会严重影响蓄电池组的寿命，此外安装成本和充电安全要求较高 [1]。

（3）换电方式，即通过直接更换电池组来达到为電动汽车充电的目的。该方式解决了缩短充电时间、保证电池质量、延长续驶里程等难题，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性 [2-3]。

3 光储式电动汽车换电站的原理与能量流动回路

光储式换电站的原理是将太阳能通过光伏组件转换的电能，既通过光伏充电控制器传递到蓄电池中储存起来，又可以通过并网逆变器向电网输送电能。这样一部分电能给电动汽车充电使用，另一部分电能逆变后并入电网。此外光伏电站也可充当高速公路服务区的备用电源。当系统中的监控单元检测到电网发生故障而无法供电时，可迅速切断系统与电网的连接，立刻投入逆变器进行离网供电。当电网解除故障后，系统可转换到正常工作状态。

本方案有5个能量流动回路（如图1所示）。这5个回路具体作用和工作方式说明如下。

（1）回路1实现对光伏发电进行储能的作用：将太阳能电池组件发出的直流电通过储能系统内部的控制器储存在蓄电池组中。

（2）回路2实现对储能系统中蓄电池组的逆变并网的作用：储能系统中蓄电池组储存的电能通过逆变器变为的交流电后进入电网。

（3）回路3实现对光伏系统的电能进行并网发电：光伏组件发出的直流电经逆变后进入电网。在辐照条件较好的情况下，如果光伏系统发出的电能在除满足换电站的需要之外还有盈余，可以通过该回路向电网售电以获得经济收益。

（4）回路4实现储能系统馈电的功能：其中涉及到两部分能量变换，一是储能系统到充电机（DC/DC变换）；二是充电机到电网（DC/AC变换）。该回路是回路2的备用回路，因为回路2和回路3中的逆变器是共用的，所以回路2和回路3不能同时工作。因此当回路3导通时，蓄电池组中储存的电能可通过回路4馈送至电网。

（5）回路5实现市电充电功能：该回路的能量流动方向与回路4的能量流动方向相反。当电网电价低于电网平均电价时，可通过回路5从电网中获取差额电能，向储能系统充电。

4 光储式电动汽车换电站的运行工况

光储式电动汽车换电站首先满足换电站用电，富余的电能可以通过管理系统的调度来实现智能运行。该系统可分为以下几种工况：

（1）辐照资源充足时，光伏系统发出的电能除满足换电站用电外还有盈余，该状态下系统向电网送电。

（2）辐照资源不充足时，光伏系统无法满足换电站的负载用电需要，需要向电网购电以满足换电站的用电需求。

（3）阴雨天或夜间条件下，光伏系统不产生能量，只能通过向电网购电满足换电站供电需求。

（4）电网出现故障时，光伏电站和电池组可以同时逆变成交流电为服务区供电，此时可停止电动汽车的更换电池服务。

5 结语

综上所述，高速公路与光储式电动汽车换电站共同开发的模式既可最大限度地利用新能源，又可以推动电动汽车行业的发展，还可以缓解电力供给的紧张情况，是未来新能源发展的新出路。可再生能源与电动汽车的结合，是发展绿色出行、高效利用新能源的良好途径。

参考文献：

[1]任延吾.高速路上电动汽车充电桩解析[J].电子世界，2017（04）：114-115.

[2]苗轶群，江全元，曹一家.基于微电网的电动汽车换电站运营策略[J].电力系统自动化，2012，36（15）：33-38.

[3]陈征，刘念，路欣怡等.考虑换电储备的电动汽车光伏换电动态功率分配方法[J].电工技术学报，2014，29（04）：306-315.

作者简介：李潇潇（1980-），男，辽宁沈阳人，博士，高级工程师，主要研究方向：光伏系统优化和光伏建筑一体化发电系统设计。