0引言

隨著全球能源緊缺和環境污染問題的日益嚴重，新能源汽車作為一種清潔、高效的交通方式受到了廣泛關注。然而，新能源汽車的普及和應用仍面臨著充電設施不足、能源供應不穩定等挑戰。同時，光伏站、儲能站和電動汽車充放電站作為可再生能源的利用和儲存手段，具有巨大的潛力。因此，本研究旨在探索新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式，以推動新能源汽車產業的可持續發展，并促進清潔能源的廣泛應用。

1新能源汽車充電設施的研究現狀

充電難一直伴隨電動汽車發展，“光儲充一體化"系統將能夠解決在有限的土地資源里，將太陽能發電與儲能相結合。在陽光充足的時候將發出的電存儲起來，或在充電負荷低時進行儲能，當光伏系統出力不夠時，由儲能裝置對電動汽車進行充電，完*使用新能源電量為電動車充電。項目融合光伏站、儲能站、電動汽車充放電站，實現“多站合一"，形成示范效應。著力構建“三大新高地"典型應用場景：源網荷儲微網生態新高地，實現能源流、業務流、數據流融合互動，建成數字新基建的典型項目。

新能源汽車充電設施包括快速充電站、換電站等多種類型。其中，快速充電站大幅縮短了充電時間，提高了用戶的使用便利度。同時，充電方式也多樣化，包括直流充電、交流充電等。為了滿足新能源汽車的充電需求，各國都在加速建設充電設施網絡。在公路、停車場等公共場所，都已經有大量的充電設施投入使用。盡管新能源汽車充電設施的研究和發展取得了顯著成果，但仍存在一些問題和挑戰。例如，充電設施的建設成本高，運營資金需求大；充電設施在不同地區的分布不均衡；充電設施的技術標準和規范需要進一步完善等。總之，新能源汽車的普及推動了其充電設施的廣泛研究，目前在設施建設、技術創新、網絡化與智能化方面都有所成果，但仍面臨成本、分布、技術規范等問題和挑戰。

2融合模式的詳細設計

2.1充電設施與光伏站的融合

光伏充電站：利用光伏發電為新能源汽車提供充電服務。光伏板捕捉太陽光能，將其轉化為電能，并通過充電設施為新能源汽車提供動力。這種融合模式能有效地利用可再生能源，同時減少對傳統能源的依賴。

（2）能量管理系統：該系統負責監控和管理充電設施與光伏站的運行。它能夠實時收集和分析光伏發電數據，以及新能源汽車的充電需求，從而優化能源分配和充電效率。

2.2充電設施與儲能站的融合

（1）儲能充電站：利用儲能電池存儲光伏發電或其他可再生能源，并在需要時為新能源汽車提供充電服務。這種融合模式有助于解決可再生能源的間歇性問題，確保在無光照或其他能源供應不穩定的情況下，仍能為新能源汽車提供持續的充電服務。

（2）電池交換站：在儲能電池電量不足時，電池交換站可提供已充好電的電池更換服務，從而保障新能源汽車的持續運行。

2.3充電設施與電動汽車充放電站的融合

智能充電樁：具備快速充電和無線充電功能，能自動識別新能源汽車的電池類型和電量，為其提供合適的充電服務。此外，智能充電樁還具備互聯網功能，可以通過手機App或網絡平臺進行遠程控制和管理。

（2）車輛到電網（V2G）技術：該技術允許新能源汽車在有需要時，將儲存的電能回輸到電網中，為其他設備或家庭提供電力。這種融合模式有助于實現新能源汽車與電網的互動，提高電網的穩定性和效率。

3融合模式的融合模式的實施

3.1設施規劃和布局

充電設施與光伏站的規劃：在融合模式中，充電設施應當優先考慮與光伏站的搭配。通過合理的規劃和布局，可以確保光伏站的發電量大限度地滿足充電設施的需求。充電設施應當盡可能接近光伏站，以減少輸電損耗，并提供清潔能源供給。

儲能站與充電設施的規劃：儲能站的規劃與充電設施的布局密切相關。充電設施應當考慮儲能站的位置和容量，以便在需要時獲得穩定可靠的電力供應。儲能站的建設應當與充電設施布局相結合，以便在高峰期為充電設施提供額外的電力，并在低負荷時段存儲多余的能量。

（3）電動汽車充放電站與充電設施的規劃：電動汽車充放電站也應當與充電設施的規劃相協調。充電設施的布局應當盡可能靠近電動汽車充放電站，以方便將電能傳輸到充電樁，同時也方便將電能從充電樁轉移到電動汽車中。這種緊密的規劃和布局可以實現電能的互聯互通，提高系統的靈活性和效率。通過科學規劃和合理布局，新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式可以實現更高效的能源利用和協同運營。未來，隨著相關技術的進一步發展和政策的支持，這種融合模式的實施將會變得更加普遍，推動新能源汽車充電設施的可持續發展。

3.2技術選擇和集成

充電設施技術選擇：對于充電設施來說，選擇適當的充電技術至關重要。交流慢充和直流快充是目前主要的充電技術，但未來還可能出現更的充電技術。在融合模式中，應根據實際情況選擇合適的充電技術，并確保其與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的集成兼容。

集成系統設計：在融合模式的實施中，需要設計一個有效的集成系統，將充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站相連接。這需要考慮到不同系統之間的電力傳輸、控制信號傳遞和數據交換等方面。通過合理的系統設計，可以實現能源的高效轉換和管理。

智能化控制與管理：借助物聯網和人工智能技術，充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站之間的智能化控制與管理成為可能。通過傳感器、數據分析和遠程控制等技術，可以實現對能源流的實時監測、優化調度和故障診斷。這種智能化的控制與管理系統可以提高能源利用效率和用戶體驗。智慧智能系統如圖1所示。

（4）安全性和可靠性考慮：在融合模式的實施中，安全性和可靠性是至關重要的考慮因素。充電設施應具備安全可靠的充電保護措施，確保電動汽車和能源設施的正常運行。同時，還需要考慮到防止黑*攻擊和故障處理等方面的安全問題，以保障整個能源系統的穩定運行。通過合適的技術選擇和有效的集成，新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式可以實現更高效、更可持續的能源利用。未來，隨著相關技術的不斷進步和實踐經驗的積累，這種融合模式將得到更廣泛的應用，推動新能源汽車充電設施的發展。

3.3網絡化和智能化

建立通信網絡：為了實現能源系統的互聯互通，需要建立一個高效可靠的通信網絡。這個網絡可以將充電設施、光伏站、儲能站和電動汽車充放電站連接起來，實現數據交換、遠程監控和控制等功能。通過網絡化的架構，可以提高能源系統的響應速度和管理效率。

（2）智能化能源管理：借助人工智能和數據分析技術，可以實現對能源流的智能化管理。通過收集、分析和預測能源數據，可以優化能源的分配和利用，提高系統的效率。智能化的能源管理系統可以根據不同需求進行動態調整，并實時監測能源供需平衡。

（3）智能充電調度：通過智能化調度算法和數據分析，可以實現充電設施的智能充電調度。根據充電需求的優先級和能源供應情況，系統可以自動優化充電計劃，提高充電效率和用戶體驗。智能充電調度還可以平衡負荷、減少能源浪費，并降低對傳統電網的依賴。

（4）智能安全監測：網絡化和智能化的能源系統也需要具備智能安全監測功能。通過實時監測設備狀態、能源流量和環境參數等信息，可以及時發現潛在的安全風險并采取相應的措施。智能安全監測系統可以提高能源系統的穩定性和可靠性，確保能源設施和用戶的安全。通過網絡化和智能化的實施，新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式可以實現更高效、更可持續的能源管理和利用。未來，隨著相關技術的進一步發展和實踐經驗的積累，這種融合模式將得到更廣泛的應用，推動新能源汽車充電設施的發展。

3.4規劃設計

需要進行周密的規劃和設計：根據充電需求和能源布局，確定合適的位置和規模，確保充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的協調發展。規劃設計應考慮到配套設施、土地利用和環境因素等，以實現佳的效益和可持續發展。

建設監管：在建設過程中，需要進行嚴格的監管和管理。確保充電設施符合相關標準和規范，遵守法律法規，并經過必要的驗收和審批。同時，還需加強施工質量監督，確保設施的安全性和可靠性。

運營管理：充電設施的運營管理是融合模式實施的關鍵。需要建立完善的運營機制，包括充電設施的預約、支付、維護和故障處理等流程。通過智能化監測和遠程管理，實現對設施運行狀態的實時監控和數據分析，以保障服務質量和用戶體驗。

收費政策：為了確保充電設施的可持續運營，需要制定合理的收費政策。根據能源成本、設施投資和市場需求等因素，確定適當的充電費用，并提供靈活的計費方式。同時，還應考慮到公平競爭和用戶權益保護，避免壟斷和不正當競爭行為。

（5）合作與共享：在建設和運營過程中，需要加強各方之間的合作與共享。充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站可以共享資源和互補優勢，提高整體系統效率。通過建立聯盟或合作機制，實現信息共享、技術協同和業務互通，推動融合模式的有效實施。通過合理的建設和運營策略，新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式可以實現更高效、更可持續的能源利用和協同運營。未來，隨著相關技術的不斷進步和實踐經驗的積累，這種融合模式將得到更廣泛的應用，推動新能源汽車充電設施的發展。

4實施效果分析

4.1提升能源利用率

通過融合模式的實施，可以實現能源的高效利用。利用光伏站發電和儲能站存儲的電力，為電動汽車提供充電能源，減少對傳統能源的依賴。評估融合模式是否有效的一個重要指標是能源利用率的提升程度。

4.2改善充電效率

融合模式可以優化充電設施的布局和調度，提高充電效率。比如，根據光伏站的發電情況和儲能站的儲能容量，智能調度充電設施的使用，使得能源利用更加均衡和高效。評估融合模式的有效性時，需要考慮充電效率的改善程度。

4.3減少環境影響

新能源汽車的推廣可以減少傳統燃油車的使用，從而降低空氣污染和碳排放。與此同時，光伏站的利用可以減少對化石燃料的需求，進一步減少環境影響。評估融合模式的實施效果時，需要考慮到環境方面的改善情況。

4.4提升用戶滿意度

通過融合模式的實施，新能源汽車用戶可以享受更加便捷和高效的充電服務。他們可以根據光伏站和儲能站的能源供應情況，靈活選擇充電時間和地點。評估融合模式的可行性和有效性時，需要考慮用戶對系統的滿意程度。

4.5經濟效益分析

新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站和電動汽車充放電站的融合將降低能源成本。光伏站產生的電力可以直接供應給電動汽車充電設施，減少了傳統電網輸送能源的損耗，提高了能源利用效率。同時，儲能站可以將多余的電力儲存起來，以供給晚上或云天時使用，進一步降低了能源消耗和成本。種集約化管理可以降低運營成本，并提高設施的利用效率。

5Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統

5.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電站的接入，進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

5.2平臺適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

6充電站微電網能量管理系統解決方案

6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖1系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

6.1.1光伏界面

圖2光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.2儲能界面

圖3儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖8儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖11儲能電池簇運行數據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

6.1.3風電界面

圖12風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。

6.1.5視頻監控界面

圖14微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

6.1.6發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖15光伏預測界面

6.1.7策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

圖16策略配置界面

6.1.8運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。

圖17運行報表

6.1.9實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖18實時告警

6.1.10歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖19歷史事件查詢

6.1.11電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖20微電網系統電能質量界面

6.1.12遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖21遙控功能

6.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

6.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

6.1.15網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

6.1.16通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖25通信管理

6.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權限

6.1.18故障錄波

應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖27故障錄波

6.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故前面10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

6.2硬件及其配套產品

7結束語

總而言之，本文提出了新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合模式，通過將新能源汽車與可再生能源有機結合，提高了能源利用效率和環保性能，為新能源汽車產業的可持續發展開辟了新的道路。然而，該融合模式的實施仍面臨技術、經濟、政策等方面的挑戰，企業和社會各方的共同努力。未來，隨著技術的進步和政策的完善，相信新能源汽車充電設施與光伏站、儲能站、電動汽車充放電站的融合將成為推動能源轉型和綠色發展的重要力量。

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