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纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站


一蚕纫到、 解决方案背景
  近年来陌购,随着我国城市人口的逐步增长享观,城市公共交通的压力也逐年加大愤南氖。同时瞄庆,随着大中城市内汽车的大量普及垢暴,尾气排放占废气排放比重越来越高欣,造成城市严重的环境问题和交通堵塞娃。因此蹿焊蚊,大力发展纯电能驱动的地铁休、轻轨儒电、有轨电车完箔屋、纯电动公交等公共交通系统成了城市现代化建设的当务之急辅八奇。从公共交通的运力进行分类狠帕额:
  ■ 大运力公共交通乌藩:地铁躺扇就、轻轨拌。载客量大颂,运行速度较高;建设周期很长力,一般为5年左右;投资成本很高藉晒,约为6亿元~10亿元/公里;
  ■ 中等运力公共交通传:
    1) 现代有轨电车肺雷。载客量中等功赦,运行速度中等;建设周期长饶,一般为2年左右;投资成本较高摧隙护,约为1亿元/公里;但有轨电车与地面其他车辆存在路权之争的问题惹彪。
    2) 双源无轨BRT电车茄碧。载客量中等抠腻,运行速度中等;建设周期短沛多,一般在1年内;投资成本较低胖救,约为1000万元/公里;并可利用原有地面道路资源皇浓。
 ■ 普通运力公共交通酮:纯电动公交耻抨。载客量猩庑唷,运行速度低刚情担。配套充电设施建设周期短沦,一般在1年以内;完全和原有公交车共用道路资源磊尼,无需再投资帕。
  从上述分类可以看出么皇,不同运力的交通方式在城市公共交通中所处的地位并不相同梆:地铁菊嵌浇、轻轨可解决城市主干交通的运载颗瓦昏,有轨电车和双源无轨BRT能够作为地铁和轻轨的有力补充筏,可缓解区域性交通运载问题胜化。而拥有普通运力的纯电动公交车则承担着城市公共交通中“最后一公里”的运载任务骄咯眉,能够把大量的乘客运送到最终的目的地僻。
  对于普通纯电动公交来说藕奉宠,电池问题纳础、充电问题一直是困扰其发展的主要原因酶视渐:电池配重过大挽阶,运载效率较低;充电站和充电桩占地面积大玩派,建设成本高晌详怠,供电容量利用率低;车辆充电时间长晨髓篓,充电过程中无法移动惜,使场内车辆调度和停放受到影响揽。
  为了解决上述问题摆,采用了新型钛酸锂电池的纯电动公交即可实现电池的快速充电奖熬邓,在电池的循环寿命也完全能够达到纯电动公交的使用要求俺。这种类型的纯电动公交配置的电池为46kWh左右担刚,单次充电可以运行30km左右厕,能够满足大多数城市市区公交线路的运营里程要求蠢轿钵。车辆的充电设施可采用“微型撬装式变电站+充电线网”的模式海,结合车辆上集成的智能充电机碾太峦,不仅能够为车辆提供大容量交纹、灵活炮媚宏、快速的充电服务溺盘摔,而且能够为充电设施的占地面积豁别篓、建造成本上带来最大的节约善辅搭。
二渴、 微型撬装式纯电动公交柔性充电站的技术特点
  为了给新型纯电动公交提供安全男搔棚、大容量疲闷赂、高密度的充电电源让,苏州万龙电气集团股份有限公司特别为该运用开发了“微型撬装式纯电动公交柔性充电站”讣栓。充电站的主要技术特点如下汕赔恰:
 1. 基于智能云平台的柔性充电
  城市市区公交停车场车辆有效停放面积对城市公交的合理布局墨青,线路配置等都至关重要显猫。微型撬装式纯电动公交柔性充电站采用了高功率密度的设计思路狗,为纯电动公交提供快速充电服务衔。以3路直流750V输出的直流馈线为例锈级钎,其占地面积仅为32平方米彪迸,可为纯电动公交提供额定600kW次骋烯,最大1200kW的充电功率铺材斯。充电站可在厂家提前完成生产和组装七斧呸,直接运输到现场即可完成安装豌,工程周期短祷眷容,综合造价低吴燎。
  新型纯电动公交上集成了充电机慧,智能充电云平台可通过无线通道向车辆的充电机发送充电命令腺澎诬,在充电线网下实现多辆电动公交同时充电连。由于充电机可控蛾庇陕,直流馈线输出的充电功率可根据相关指令灵活分配到直流馈线下的车辆突,实现柔性充电懂涸。以车辆配备46KWh电池为例挽拔,车辆行驶30公里后剩余25%~35%电量玻,进入停车场快速补充电能差汗。车辆配置的额定功率为150kW充电机通过充电线网进行柔性充电胖碳负,十分钟左右即可将电池充满瀑,完全能够满足公交行业的运用需求敲佃墒。这样可结合电池电量和状态藏难、车辆工况垒、充电站运行功率等充电条件的按需充电叙,可合理调配充电资源卢兽蜂,充分利用电站所提供的充电功率卸愁饯,为车辆提供安全填团,快速的充电服务沫临桶。
 2. 充电系统六大安全保障
  纯电动公交的充电安全一直是公交行业关注的重点颇畴博。新型充电站不仅要密切监控其自身安全杯,而且对整个直流充电系统的安全状况也必须进行实时评估讣素寐。为此捶碱菠,“微型撬装式纯电动公交柔性充电站”集成了6大安全保障技术款外:
  ◆ 充电线网电气安全保护
  ◆ 大电流短路故障快速切除
  ◆ 智能化故障检测
  ◆ 瞬时故障快速恢复供电
  ◆ 充电系统绝缘监测
  ◆ 关键节点温度监测
  通过上述技术夺奴,可以对直流充电系统中的充电线网进行保护权味萍,防止充电线网因过载而损坏;对于金属性大电流短路彭,充电站内的直流快速断路器和直流保护能够快速动作彩,在十几个毫秒内即可切断故障电流躲龟顿,保证设备安全;智能化故障检测功能还能够辨别出供电系统中是否存在短路劳绊蔼,如果为瞬时性短路湃,则可自动合闸快速恢复供电烽腺拷,无需人工干预;直流充电系统绝缘监测能够对充电站炕窘蜗、地下电缆剩持推、充电线网和车辆的对地阻抗变化进行实时监测咳筒篡,并根据阻抗变化评估充电系统和大地之间的绝缘健康状态;站内的温度传感器能够实时监测充电站内关键连接点的连接可靠性欺傻挛,避免大电流通过后导致温升或起火肺典。
 3. 远程运行监控和维护管理
  
“微型撬装式纯电动公交柔性充电站”采用高度集成化设计蹲,在新一代电气技术基础上融合了数字传感技术皑拳淀、数字保护测控技术瓷羌潘、现场总线技术和网络通信技术侧剿。主要由高压交流开关柜设备波躺、整流机组设备牵嚼、直流开关柜设备好、辅助电源设备放、数据管理系统飘、自动消防系统魄、综合辅助系统(门禁灌首、环境和视频)等多个模块组成从。
  新型充电站通过远程云平台可完成站内数据获冉俊,命令下发等操作泄。管理人员通过远程云管理平台可实现对充电站的实时监控夺,能够快速了解站内各种故障和报警慑彻,并对相关故障进行隔离芍酒骏。即能够保障了充电站运行的可靠性泼赌钙,又能够达到快速恢复供电的目的汀,真正实现“智能化无人值守”股。
  由于采用无人值守的运行模式逃俏贰,充电站内部设备的健康状态可通过远程云平台获取铣敝。远程维护管理终端通过云平台可实时了解站内设备的健康状态毙茅蓟。通过对各类故障叫蕊、报警伦奇、状态等运行信息的分析嚏,可及时判别出设备的工况事卯茄,实现“设备预测式检修维护”袜唯。不仅减少运维人员数量粗吹群,并可大幅度降低设备运行维护成本厩。
三鼓想、 微型撬装式纯电动公交柔性充电站典型方案
  由苏州万龙电气集团股份有限公司设计的WDQXB系列智能型箱式变电站就是适用于新型纯电动公交的新一代充电站画愁,其主要参数如下(以3路直流充电回路为例)百:
 1. 典型参数
  ■ 额定输出功率600kW帆,最大输出功率1200kW
  ■ 3路直流充电回路
  ■ 输入电压AC 12kV
  ■ 输出电压DC 750V
  ■ 额定输出DC 800A
  ■ 外形尺寸L*W*H(mm)=8000*4000*3500

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站

 2. 典型系统一次方案
  根据WDQXB系列智能型箱式变电站系统一次方案(单台讹箔,如图1所示)可知旁邯,其高压交流开关柜设备采用10kV双路电源进行的HXGN15-12系列SF6环网开关柜;整流机组采用额定容量为630kVA困、负载等级为Ⅴ级的12脉整流机组设备; 直流开关柜设备采用WDQ系列直流开关柜(DC750V)弟盾韩,直流系统通过备用馈线回路希鸵边、备用母线和旁路刀慨,确保实现故障回路供电紧急恢复;站用辅助电源设备配置30kVA变压器及32Ah直流电源屏燃。
  WDQ系列直流开关柜采用互换式断路器手车结构头史虚,快速断路器采用具高性能瓣、高可靠性的QDS8系列直流快速断路器(Icu=Ics=30kA估、飞弧距离小枢、体积小韩差、结构简单)久将戊,继电保护装置采用ST700系列直流微机综合保护装置峨燃彤,该方案弥补了传统直流快速断路器直接大电流脱扣保护的不足透,增加了过电流速断砰梯广、过电流延时句村馅、热过载拧、线路测试槐滇、自动重合闸惰、故障录波等等保护控制能味,完善了直流供电系统保护控制功能本暇。此外衫返文,系统还配置了绝缘检测巾,温度监测等功能虚碑,可实时监测并评估直流供电系统的绝缘状况以及站内关键连接点的连接可靠性刨。
 

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站

图1 WDQXB系列智能型箱式变电站一次系统图

 3. 典型远程监控管理系统
  为了满足充电站和远程云平台以及管理服务终端之间的数据交互多,WDQXB系列智能型箱式变电站内配备了WKS-DTMS2000智能化直流牵引电气监控管理系统陕。
  系统由站控层惜共、通信管理层和间隔层组成煽撼。站控层与通信管理层之间采用TCP/IP以太网络通信男,根据电力系统二次系统防护安全I区的要求瓣,须对网络数据加密寥,确保数据网络安全性睡冻。通信管理层与间隔之间采用现场总线通信网络成变。该系统以各个智能型箱式变电站中的“WKS-DAS1000数据管理系统”为核心甜赏眷,通过现场总线通信技术凶,以 “直流微机综合保护装置”坷姑、“智能测控仪表”欺贰、“温度监测装置”齐釜、“绝缘监测装置”惠什腾、“智能I/O模块”等智能终端设备为基次ぁ,实现整个箱式变电站的远程监控管理顷米。系统网络拓扑结构示意如图2所示跋腑嚎。
 

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站
图2 WKS-DTMS2000智能化直流牵引电气监控管理系统拓扑图

4. 典型充电系统拓扑
  从目前普通的纯电动公交充电过程来看情另彩,充电设施只是一个简单的供电设备库难遣,充电过程主要依赖车载电池管理系统完成, 并需要进行人工操作茄逆圈。由于充电机安装于充电桩内看,不同类型的纯电动公交车进行充电时还存在一定的兼容性问题笆鲜。
  新型纯电动公交的充电系统将充电站户锈,车辆酣晃储,远程云平台以及各类管理服务终端这些要素协同考虑梢,共同完成充电过程视逼。
  如图3所示的新型纯电动公交充电系统拓扑图惕棺,其中蔷秽泰,纯电动公交远程云管理平台通过通信链路可实时获取车辆电池状态黎,车辆位置摹,剩余电量镣输,充电电流等信息鸡借叉。充电站远程云管理平台通过通信链路可以获取充电站电量信息诧魄,充电回路电流楷,各种报警和故障信息似。车辆信息管理终端和充电一体化管理终端则可以综合车辆的信息和充电站及充电线网的电量信息褪母粮,指引车辆到合适的充电线网下进行充电蒂词辑。充电管理终端还可以通过车载充电机控制充电电流呢潍,满足不同车辆的充电需求(快充焚旗图,慢充等)嘿垃姥。整个充电过程中乓涸慌,各类云平台和管理终端通过融合车辆和充电站的相关信息摔褂病,合理调配充电资源龟喜头,柔性充电辰攀。
  充电站远程维护预警终端则能够从充电站远程云管理平台获取站内的各类数据碧董,对充电站的健康状态进行评估陵型,对于设备在使用过程中出现的异常或报警娶凑,能够做到“及时发现亭,及时解决”蝎爱。
 

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站
图3 新型纯电动公交充电系统拓扑图

四疚既世、 工程案例
  从2012年起玛,北京市电车公司根据相关的运行规划要求取昂铆,选用了由苏州万龙电气集团股份有限公司提供的“智能化直流牵引电气系统一体化解决方案”吓沪,分批对阜成门站酥、紫竹院站搓誊琉、马连道站等10余个场站式双源纯电动公交直流牵引站的设备进行智能化升级改造沮,同时新建了30余个智能型箱式直流牵引变电站朵蛇急,为北京市1000余辆双源纯电动公交提供运行和充电所需电力哆邢。所有直流牵引站均通过远程云平台进行监控管理坪,最终实现牵引站的无人值守逝勉诉。
  其中法,龙潭公园公交停车场采用WDQXB系列智能型箱式变电站为停车场内线网供电棉卤,为场内的30辆左右纯电动公交提供充电服务嫌。纯电动公交车通过集电杆可在线网下进行充电鲤尝伴,车辆在充电完成后通过车载电池提供的动力运行秆。如图4所示荷齐拴。
 

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站
图4 北京龙潭充电站和纯电动公交

  图5是北京市电车公司供电所远程云平台管理中心站滇梳,该中心站运行了由苏州万龙电气集团股份有限公司提供的“WKS-DTMS2000智能化直流牵引电气监控管理系统”犀。从接入容量上看锤浦,该管理系统能够接入200余个变电站联谴。目前该系统已实现了40多个智能型直流牵引变电站的远程监控管理慰。
 

纯电动公交充电新选择—微型撬装式纯电动公交柔性充电站
图5 远程云平台管理中心

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