Как уменьшить потерю мощности зарядной станции электромобиля?
В эпоху стремительного развития новых энергетических транспортных средств, Зарядные станции EV, как центры энергоснабжения для электромобилей, имеют критически важную операционную эффективность и контроль затрат. Тем не менее, многие операторы зарядных станций для электромобилей и инвесторы столкнулись с запутанной проблемой в реальной эксплуатации: существует значительная разница между электричеством, зарегистрированным сетевым счетчиком, и электричеством, измеренным и рассчитанным для зарядки транспортных средств, иногда превышающая 10%, и эта доля варьируется от месяца к месяцу. Это не только влияет на экономические выгоды зарядной станции для электромобилей, но и ставит операторов перед дилеммой, как конкретно сократить потери. В этой статье будет проведен углубленный анализ потерь мощности на каждом этапе Станция зарядки электромобилей работать и предлагать эффективные стратегии снижения общих потерь, чтобы помочь зарядным станциям электромобилей добиться снижения затрат и повышения эффективности.
Основная потеря мощности на зарядных станциях электромобилей происходит при преобразовании энергии переменного тока из сети в энергию постоянного тока для автомобильных аккумуляторов. Этот процесс включает в себя несколько устройств и этапов, включая трансформаторы, высоко- и низковольтные кабели, высоко- и низковольтные коммутаторы, зарядные сваи и СВГ (генераторы статических колебаний). Все эти устройства генерируют потери электроэнергии во время работы, а сумма потерь варьируется в зависимости от типа устройства и рабочего состояния.
При фактической эксплуатации точка учета для расчета электроэнергии с сетью расположена в высоковольтном распределительном устройстве, а точка учета для выставления счетов клиентам и расчета платы за обслуживание находится на стороне постоянного тока зарядного пистолета. Это приводит к трудностям в точном контроле и расчете потерь электроэнергии между двумя точками учета. Поскольку потери энергии при передаче и преобразовании неизбежны, существует расхождение между показаниями сетевых счетчиков и электричеством, рассчитанным с помощью зарядных транспортных средств. Неопределенность этой разницы вызывает множество операционных проблем, таких как неточный учет затрат и сжатая прибыль.
Только определив конкретные этапы и причины потерь на зарядной станции электромобиля, можно сформулировать эффективные меры по сокращению потерь. Ниже приводится подробный анализ потерь мощности на ключевом оборудовании и этапах зарядной станции электромобиля, обеспечивающий прочную основу для последующих стратегий снижения потерь.
Потери трансформатора являются одним из основных источников потерь мощности на зарядных станциях для электромобилей, в основном разделяются на потери без нагрузки (потери железа) и потери нагрузки (потери меди). Потери без нагрузки относятся к потерям при работе трансформатора без нагрузки, что тесно связано с материалом сердечника и производственным процессом и не зависит от нагрузки. Как правило, трансформаторы из аморфного сплава имеют меньшие потери без нагрузки, чем трансформаторы из кремниевой стали; трансформаторы с погружением в масло имеют меньшие потери без нагрузки, чем трансформаторы сухого типа; чем выше уровень эффективности сердечника, тем ниже потери без нагрузки. Например, трансформаторы первого уровня эффективности SCB13 и S13 имеют меньшие потери без нагрузки, чем трансформаторы третьего уровня эффективности SCB11 и S13.
Потеря нагрузки зависит от материала обмотки и размера нагрузки. Медные обмотки имеют меньшие потери, чем алюминиевые, а более высокая нагрузка увеличивает потери нагрузки. Трансформаторы разных номиналов мощности также имеют разные потери без нагрузки и нагрузки. Чем больше трансформатор, тем выше потери без нагрузки и выше потери нагрузки при номинальной мощности. Однако при фиксированной нагрузке при использовании трансформаторов разных номиналов чем больше трансформатор, тем выше потери без нагрузки и ниже потери нагрузки.
SVG настраиваются в соответствии с требованиями оценки коэффициента мощности сети. Их потери пропорциональны настроенной мощности, включая фиксированные потери и переменные потери. Фиксированные потери определяются после того, как конфигурация исправлена, в то время как переменные потери связаны с содержанием гармоник и потреблением реактивной мощности во время работы.
На потери кабеля в основном влияют удельное сопротивление, ток, длина кабеля и площадь поперечного сечения. Сопротивление связано не только с типом материала, но и с внешними факторами, такими как температура, давление и магнитное поле. Как правило, удельное сопротивление металла увеличивается с температурой. Потери кабеля обратно пропорциональны площади поперечного сечения и пропорциональны квадрату тока и длине кабеля. Таким образом, увеличение площади поперечного сечения кабеля, уменьшение длины и уменьшение тока могут уменьшить потери в линии.
В зарядных станциях EV обычно используется распределение среднего напряжения, с высоковольтной стороной трансформатора при 10 кВ и низковольтной стороной при 380 В. Поскольку высоковольтный ток составляет всего 1 / 26 от низковольтного тока, потери в линии высоковольтных кабелей той же длины намного ниже, чем у низковольтных кабелей.
Потери заряда кучи включают потери в режиме ожидания и эксплуатационные потери. Резервная потеря куч переменного тока обычно составляет менее 10 Вт, а эксплуатационные потери незначительны. Потери в режиме ожидания в кучах постоянного тока обычно ниже 10 Вт, что приводит к потерям в режиме ожидания около 0,24 кВт в день. Во время работы кучи постоянного тока преобразуют переменный ток в постоянный, что приводит к потере активной мощности. Хотя производители утверждают, что эффективность быстрых зарядных устройств постоянного тока превышает 95%, фактическая эффективность быстрых зарядных устройств постоянного тока тесно связана с мощностью зарядки и температурой окружающей среды. Эффективность не оптимальна как при полной, так и при низкой мощности, и она значительно падает при низкой мощности.
Затем мы фокусируемся на стратегиях снижения потерь для зарядных станций для электромобилей, включая выбор оборудования, оптимизацию компоновки и ежедневное управление техническим обслуживанием, предлагая практические решения, которые помогут операторам и инвесторам добиться снижения затрат и повышения эффективности.
При выборе трансформаторов следует учитывать потери как без нагрузки, так и нагрузки. Для трансформаторов мощностью 630 кВА или ниже применяются как масляные, так и сухие трансформаторы, в то время как трансформаторы мощностью 800 кВА и выше в основном сухого типа. Масляные трансформаторы дешевле сухих и имеют меньшие потери без нагрузки, но более высокие потери нагрузки. С точки зрения годовых совокупных потерь масляные трансформаторы имеют меньшие общие потери. Кроме того, один большой трансформатор имеет меньшие общие потери по сравнению с несколькими меньшими. Например, два трансформатора мощностью 800 кВА имеют более высокие общие потери, чем один трансформатор мощностью 1600 кВА.
Трансформаторы из аморфного сплава, хотя и более дорогие, имеют меньшие потери без нагрузки. Возьмем, например, трансформатор сухого типа мощностью 800 кВА в дельте Жемчужной реки, трансформатор из аморфного сплава снижает потери без нагрузки на 0,735 кВт, экономит 6 438,6 кВт ч в год и экономит около 5000 юаней на расходах на электроэнергию в год. Поэтому, учитывая инвестиционную отдачу и эксплуатационный риск, если повышенная стоимость трансформатора из аморфного сплава не превышает годовую экономию электроэнергии, умноженную на годы эксплуатации и на 0,4, рекомендуется отдавать приоритет трансформаторам из аморфного сплава.
Принцип уменьшения потерь кабеля - "высокое напряжение для передачи на дальние расстояния, низкое напряжение для распределения на короткие расстояния". На зарядных станциях EV обычно фиксируются положения высоковольтных распределительных устройств и зарядных свай. Таким образом, регулировка размещения трансформатора может уменьшить потери в линии. Размещение трансформаторов рядом с зарядными сваями постоянного тока, хотя и увеличивает длину высоковольтного кабеля, значительно уменьшает длину низковольтного кабеля, эффективно снижая как инвестиции в кабель, так и потери в рабочей линии.
При выборе поперечного сечения кабеля следует следовать принципу экономического проектирования. Поскольку ток через высоковольтные кабели намного меньше, чем через низковольтные кабели, поперечное сечение высоковольтных кабелей можно выбирать экономно. Для низковольтных кабелей из-за более высоких инвестиций и потерь можно рассмотреть возможность добавления низковольтных распределительных шкафов внутри станции. Основные низковольтные кабели от трансформатора к распределительному шкафу выбираются экономно, в то время как ответвительные кабели от распределительного шкафа к зарядным сваям выбираются на основе безопасности, тем самым снижая как инвестиции, так и потери.
Модели зарядных свай должны соответствовать типу транспортного средства с самой высокой энергией зарядки на зарядной станции для электромобилей, чтобы обеспечить работу в оптимальном диапазоне эффективности и уменьшить потери. Если куча слишком большая, она может работать при низкой мощности в течение длительного времени; если он слишком мал, он может работать при номинальной мощности в течение длительного времени, что снижает эффективность и увеличивает эксплуатационные потери.
Кроме того, напряжение на стороне переменного тока зарядных свай может быть улучшено до 690 В или 800 В. Это позволяет трансформаторам использовать обычные модели 10 кВ / 690 В, снижая боковой ток переменного тока примерно на 50% при одинаковой мощности зарядки, снижая потери в линии низкого напряжения, уменьшая сечение кабеля и снижая инвестиции.
Помимо выбора оборудования и оптимизации компоновки, ежедневная эксплуатация и техническое обслуживание имеют решающее значение для снижения потерь электроэнергии.
Обслуживание оборудования: регулярно проверяйте зарядные устройства, трансформаторы и кабели для обеспечения надлежащей работы. Обратите внимание на кабельные соединения на предмет рыхлости или коррозии и оперативно заменяйте поврежденные компоненты, чтобы уменьшить потери, вызванные плохим контактом.
Контроль окружающей среды: Обеспечьте надлежащее охлаждение зарядного оборудования, чтобы предотвратить снижение эффективности из-за перегрева или переохлаждения. Отрегулируйте время работы при экстремальных температурах, чтобы сократить работу в неблагоприятных условиях.
Управление зарядкой: оптимизируйте процесс зарядки, чтобы избежать длительных низкоэффективных этапов зарядки, таких как сокращение ненужного времени зарядки. Правильно планируйте зарядку автомобиля для поддержания зарядных устройств в диапазоне высокой эффективности.
Обучение пользователей: обучайте владельцев электромобилей нормальной потере мощности и влияющим факторам, уменьшая недоразумения и помогая пользователям сотрудничать со станциями.
Потеря мощности неизбежна при зарядке, но должна быть в разумном диапазоне. Потери быстрого зарядного устройства постоянного тока обычно составляют 5-10%, а потери зарядного устройства переменного тока немного ниже, обычно 3-8%. Это означает, что если в зарядное устройство поступает 10 кВтч, батарея получает около 9-9,7 кВтч.
На потери мощности влияют эффективность преобразования оборудования, качество кабеля и соединения, условия окружающей среды и состояние батареи. Высокоэффективные модули могут достичь преобразования 97%, что означает, что 97 кВт-ч из каждых 100 кВт-ч ввода достигают батареи. Высококачественные кабели и разъемы с более низким сопротивлением снижают тепловые потери. Факторы окружающей среды, такие как температура и влажность, влияют на эффективность; экстремальные температуры могут снизить эффективность зарядного устройства и увеличить сопротивление батареи, что приводит к дополнительным потерям энергии. Условия работы батареи, внутреннее сопротивление и кривые зарядки также влияют на конечное преобразование энергии, особенно во время подзарядки, когда эффективность ниже, а доля потерь выше.
Потеря мощности является ключевым фактором, влияющим на прибыльность зарядных станций для электромобилей. Анализируя потери на каждом этапе и реализуя стратегии целенаправленного сокращения, потери мощности можно эффективно уменьшить, увеличивая экономические выгоды. Операторам следует учитывать выбор оборудования, оптимизацию компоновки и ежедневное техническое обслуживание, чтобы добиться снижения затрат и повышения эффективности. Информирование пользователей о потере мощности и ее факторах также способствует долгосрочной стабильной работе. Только таким образом зарядные станции для электромобилей могут лучше обслуживать владельцев электромобилей и добиваться устойчивого развития на фоне быстрого роста электромобилей на новых источниках энергии.
