让电网更“智能”，让充电更“有序”——浅析安科瑞平台如何提高充电桩利用率与电网安全-电子发烧友网

安科瑞耿笠 187-6150-0144

摘要：随着电动汽车（EV）的规模化普及和交直流混合配电网的不断发展，二者之间的互动关系成为新型电力系统领域的研究热点。电动汽车充电负荷的随机性与波动性，对传统配电网的规划与运行带来了巨大挑战，而交直流混合配电网凭借其灵活接纳直流电源、消纳直流负荷的天然优势，为承接规模化电动汽车充电需求提供了新的解决方案。本文旨在探讨交直流混合配电网环境下，电动汽车的充电承载能力关键影响因素，并系统分析在此架构下实现有序充电的策略与价值。文章首先剖析了交直流混合配电网的结构特点及其对EV充电的适配性；其次，深入论述了影响系统EV充电承载能力的多维约束条件；再次，提出了面向交直流混合配电网的有序充电控制框架与技术路径；后，对未来的技术发展方向进行了展望。研究表明，通过合理的网络结构优化与智能有序充电控制，交直流混合配电网能显著提升对规模化、高功率电动汽车充电需求的承载能力与消纳效率，保障系统安全、经济、运行。

关键词：交直流混合配电网；电动汽车；充电承载能力；有序充电；功率协调控制

引言

在全球能源转型与“双碳”目标的驱动下，交通领域的电气化进程势不可挡。中国电动汽车产业已进入爆发式增长阶段，保有量的激增带来了充电需求的急剧攀升。高功率、随机性的充电负荷若无序接入，易导致配电网局部过载、节点电压越限、网损增加、电能质量恶化等问题，严重制约了配电网对电动汽车的承载能力。

与此同时，配电网本身也在经历一场深刻的变革。大量分布式光伏、储能等直流源荷的接入，以及数据、LED照明等直流负荷的增长，推动了交直流混合配电网技术的发展与应用。相较于传统交流配电网，混合配电网通过电力电子变换器（如AC/DC换流器、DC/DC变换器）互联交、直流子系统，具备以下显著优势：其一，可、直接地接纳光伏、储能等直流分布式电源，减少变换环节，提升能源利用效率；其二，可原生支持电动汽车这一典型直流负荷，避免额外的AC/DC变换损耗，提高充电效率；其三，通过灵活的潮流控制能力，可在交、直流网络间进行功率互济，增强系统整体运行的灵活性与可靠性。

因此，在交直流混合配电网的框架下，研究如何其对电动汽车充电的承载能力，并利用其可控性实施有序充电策略，具有重要的理论意义和工程价值。本文将从承载能力分析与有序充电策略两个维度，浅要探讨这一交叉领域的关键问题。

交直流混合配电网的结构特点

交直流混合配电网通常由一个或多个交流馈线和直流馈线通过互联换流器连接而成，形成可进行功率交换的联合网络。其典型结构包括交流母线、直流母线、互联换流器、分布式电源、储能系统以及交、直流负载。

其对电动汽车充电的天然适配性主要体现在：

（1）的能量传输路径：电动汽车动力电池为直流电，直流充电桩（快充）本质是一个AC/DC或DC/DC变换器。在直流配电网中，电能从直流母线经DC/DC变换器即可为电池充电，省去了传统交流充电路径中整流环节（PFC电路），降低了能量转换损耗（通常可减少5%~10%），提升了整体能效。

（2）优越的供电品质：直流系统无频率、无功、谐波等问题（交流侧谐波由互联换流器集中治理），可为电动汽车提供更稳定、的电能供应，有利于电池健康。

（3）灵活的功率支撑与调剂：互联换流器作为核心控制单元，可以实现交直流网络间的双向功率流动。当交流配电网因EV集中充电而面临压力时，可以由直流网络通过互联换流器向其输送功率，反之亦然。这种“功率互济”能力大地增强了系统应对局部负荷冲击的弹性。

（4）便于分布式能源与储能的即插即用：直流母线便于光伏、储能等直流型分布式资源的直接接入。这些资源可以就近为EV充电负荷供电，减少对上级交流电网的依赖，从源头上提升本地网络的承载能力。

影响交直流混合配电网EV充电承载能力的关键因素

充电承载能力是指配电网在满足所有技术约束条件下，所能接纳的电动汽车充电负荷的大容量。在混合配电网中，其制约因素更为复杂多元，主要包括：

2.1电压约束：

交流侧：节点电压偏差是主要限制。大规模EV无序充电可能导致线路末端电压严重跌落，越出±7%的国标限值。

直流侧：直流母线电压稳定性是关键。直流系统惯性小，大功率负荷的投切容易引起直流电压剧烈波动，威胁系统安全。

2.2容量约束：

线路与变压器热稳定限：这是基础的物理约束。EV充电负荷，特别是集群式直流快充，电流巨大，易使配电线路、配电变压器（交流侧）及互联换流器（交直流接口）过载。

2.3互联换流器（IC）的容量约束：IC是混合电网的咽喉要道，其传输功率能力直接决定了交直流网络间所能互济的功率上限，是影响全局承载能力的关键瓶颈。

2.4电能质量约束：

交流侧：大量电力电子设备（充电桩、换流器）的接入会向交流网络注入谐波电流。

直流侧：需关注直流电压的纹波含量。

2.5保护协调性：交直流混合系统的故障特性与传统交流系统迥异，尤其是直流侧故障电流上升速率快。现有的保护装置与策略可能无法有效适应，限制了系统在故障情况下的供电可靠性，间接约束了承载能力。

面向交直流混合配电网的有序充电策略

为了突破上述约束，系统的EV充电承载能力，实施有序充电控制。其核心思想是：通过智能化调度，将EV充电行为从一种随机、不可控的负荷，转变为一种可调控的柔性资源，使其与网络状态、可再生能源出力相匹配。

在交直流混合配电网这一更复杂的平台上，有序充电策略拥有更多可操控的“抓手”：

3.1分层分级控制架构：

系统级（集中控制）：由混合配电网能量管理系统（EMS）负责。其根据全局信息（网络拓扑、潮流、光伏预测、基础负荷预测、EV充电预约信息），以承载能力、消纳可再生能源、削峰填谷或运行成本低为目标，制定优的互联换流器调度计划和区域总充电功率指令。

集群级（分布式控制）：充电站控制器或聚合商接收上级指令，并考虑本地直流母线电压状态、储能SOC等，对所辖范围内的EV充电桩进行功率分配。

设备级（本地控制）：单台充电桩或车辆BMS执行终功率指令，并可具备基于本地直流电压信号的下垂控制能力。当直流电压因负荷突增而下降时，充电桩自动按一定比例降低输出功率，起到稳定直流电压的道防线作用。

3.2多时间尺度协调优化：

日前调度：基于负荷与光伏预测，制定次日互联换流器功率计划和各充电场站的功率配额，实现大尺度上的能量平衡与经济调度。

实时滚动优化：根据超短期预测和实时网络状态（如电压、功率），以分钟级周期调整充电功率，应对预测误差和突发状况。

本地自治控制：毫秒-秒级的下垂控制等，应对直流电压的瞬时波动，保障系统安全。

3.3利用多元化柔性资源：

有序充电策略可与混合电网内的其他柔性资源协同优化，形成合力：

与互联换流器协同：调节交直流网络间的潮流，实现功率时空转移。

与储能系统（ESS）协同：储能可快速吸收或释放功率，平抑功率波动，弥补光伏发电的间歇性，为有序充电提供缓冲。

与分布式光伏协同：引导EV在光伏大发时段充电，绿电消纳，实现“以光充车”。

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4.1概述

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4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构