浅谈快充电站多类型应用方式——以充储/光储充一体化电站为例

摘要：随着能源互联网建设的加速，电动汽车等移动负荷的渗透率将不断提升，同时，快充电站也将趋于大规模运营。这种复杂的网络结构和多主体调控模式显著增加了电网的控制难度和失稳风险。本文调研了国内外关于快充电站并网影响因素及其涉网性能的研究现状，着重分析了规模化快充电站运行对电网的三大挑战。针对“快充电站+储能+其他元素”的新型应用模式，以充储/光储充一体化电站为例，探讨了该领域的现有研究进展和工程经验，并对比了充储/光储充一体化电站与规模化含储能快充电站的异同。最后，从应用前景和关键技术两个维度，探索了含储能快充电站的未来发展路径。

关键词：储能；快充电站；充储一体化；电动汽车；控制技术

0 引言

随着城市运营车辆纯电动化进程的加速，中国电动汽车产业蓬勃发展。据统计，至2019年底，全国新能源汽车保有量已达381万辆，占比汽车总量的1.46%。与此同时，电动汽车配套基础设施建设亦在加速。为解决电动汽车用户的续航焦虑，快充电站的规模化发展已成为必然趋势。

基于高功率、短服务时间的非车载直流充电技术的快充电站，在提供便捷充电服务的同时，也可能导致区域配电网容量受限、电压波动和频率降低等问题。此外，快充电站启停时的功率剧烈变化对电网的实时平衡和稳定控制构成严峻挑战。在能源互联网背景下，探索快充电站的多元化应用模式，确保规模化快充电站的友好接入，是当前研究的重点。储能因其能量转换存储和功率快速控制的特性，在能源互联网中扮演关键角色。将储能与快充电站融合，协调其稳定运行，是推进智慧车联网服务体系建设、实现能源服务互动化和共享化的重要途径。

充储/光储充一体化电站示范项目是对“快充电站+储能”应用模式的积极探索，近年来发展迅速。随着快充电站示范工程的广泛实施，其规模化运营的并网影响及多样化的应用方式成为业界关注的焦点。本文旨在从多个角度梳理国内外关于快充电站涉网性能、影响因素及其多样化应用模式下的控制策略研究，探讨推动含储能快充电站发展的关键技术，以促进其规模化应用。

1 快充电站对电网的影响因素

大量电动汽车等移动电力负荷的接入，将改变电网原有的形态，使之呈现随机性和不确定性。用户的无序充电行为进一步加剧了负荷峰谷差，增加了配电变压器过载的风险。随着电动汽车渗透率的不断提高，电网损耗和电压偏差将显著增大，区域配电网的调峰容量不足问题日益突出。

同时，快充电站采用高倍率、大电流的直流快充方式，这是其区别于常规充电站对配电网产生显著影响的另一重要因素。图1展示了不同类型充电站中电动汽车的接入方式。在常规充电站中，电动汽车的车载充电机与交流充电桩连接，以10~15A的小电流慢充方式对动力电池进行充电，全过程需5~8h。快充电站中，电动汽车的动力电池直接连接至直流充电机，并以150~400A的大电流方式进行充电，用时20min~2h即可完成70%~80%。

图1不同充电方式下电动汽车接入电网示意

表1详细对比了两种充电方式的关键参数，从中可以明显看出，常规充电与快速充电在充电电压、电流及时间上的显著差异，导致快速充电负荷对电网稳定性的影响更为显著。对于结构较为脆弱的地方配电网而言，快速充电负荷的接入会显著降低并网母线的电压静态稳定裕度。此外，在充电启停阶段产生的瞬时冲击还可能引发电网频率波动超出正常范围的问题。

除此之外，不同类型的充电机因整流方式的不同，在直流侧电压纹波和注入电网的谐波电流方面也存在较大差异，这对电网的电能质量造成了一定影响。表2则对当前市场上三种主流充电机的基本构成及其各自特点进行了对比。

从表2中我们可以了解到，这三种充电机都会向电网注入谐波电流，从而不同程度地降低电能质量。然而，由于整流电路中电子元件的谐波抑制效果各不相同，导致网侧电流的总畸变率以及市场化应用情况存在显著差异。PWM整流充电机虽然在性能上具有优势，但因其控制电路复杂且成本高昂，因此在工程化推广应用上受到了阻碍；工频不可控整流充电机虽然具有直流侧电压纹波小的优点，但在设备体积、网侧电流谐波含量以及变换效率等方面均处于劣势，因此在公用电网中的投运速度有所放缓；相比之下，高频不可控整流充电机尽管谐波电流较大，但凭借其成本优势，在市场占有率上仍占据领先地位，成为当前快充电站直流充电机的首选类型。

综上所述，与常规充电站相比，快充电站中的直流负荷在充电行为、充电方式以及充电机类型上均发生了根本性变化。快充负荷具有功率需求大、随机性强以及谐波含量高等特点，这些特点对电网容量、稳定裕度以及电能质量都提出了更大的挑战，成为当前快充电站对电网产生重大影响的主要因素。

目前，由于技术成熟度和电网容量规划的限制，快充电站的建设应用仍处于单个站点试验阶段。然而，随着技术的不断进步和能源互联网建设的持续深入，快充电站的规模化应用投产将成为大势所趋。届时，快充电站的并网影响将更加显著，因此，规模化快充电站的涉网性能也成为了学术界和业界热议的焦点话题。

表1常规充电与快速充电的主要参数对比

表2主流充电机的基本组成及其特点

2 规模化快充电站的涉网性能研究

当前，国内外学者对规模化快充电站涉网性能的研究主要集中在以下几个关键层面。

2.1 电网容量挑战

在现有城市配电网的规划与设计阶段，快充电站的应用并未被充分考虑。因此，规模化快充电站的建设与运营给电网带来了新的负荷增长压力，使得电网容量不足的问题更加凸显，加剧了电网升级与扩建的紧迫性。研究显示，大量电动汽车的充电行为会迅速推高电网的负荷峰值。预计到2030年，美国将有10个供电区域需要新增装机容量，以满足电动汽车快充服务所需的电能。

2.2 电能质量影响

规模化快充电站并网与电能质量之间的关系，特别是与电压偏差、电压波动以及谐波污染等问题，受到了国内外学者的广泛关注。有文献指出，在电网结构相对薄弱的居民配电区域，由于电网容量有限，当充电负荷达到一定水平时，会出现电缆线路重载、节点电压下降等问题。此外，由于整流电路开关元件的非线性特性，充电机成为电网谐波的重要来源之一。通过深入分析充电机的拓扑结构，文献证实了充电机模型和数量与谐波电流含量之间的关联。研究表明，6脉冲和12脉冲的充电机结构均会产生高次谐波，且在功率最大时，谐波电流含量达到峰值。同时，充电机的数量也与谐波含量呈正相关关系。尽管有文献提出了改进充电机结构以抑制谐波电流的建议，但这种方法往往伴随着较高的成本投入，在当前市场推广中并不具备优势。

2.3 运行稳定性评估

随着新能源机组的高比例渗透和传统发电机组的占比下降，电力系统的转动惯量显著降低，导致电网在电压、频率等关键运行指标上的调节能力不足。为避免大规模快充负荷引发电压或功角失稳事故，深入研究规模化快充电站并网对电力系统运行稳定性的影响，对潜在风险进行合理预判和有效评估显得尤为重要。有文献针对电压稳定薄弱区域，提出了一种考虑电动汽车负荷特性和波动极限的静态电压稳定裕度计算方法和评估方案。

3 快充电站多类型应用模式研究现状

目前，对快充电站多类型应用方式的探索主要以充储/光储充一体化电站为例。尽管现有的落地示范工程多为单个快充电站项目，但其运行方式、控制策略等对规模化含储能快充电站的研究和建设具有重要的参考价值。

3.1 运行方式多样化

充储/光储充一体化电站实现了多电源供电的灵活性，能够在并网与离网运行之间自由切换。图2展示了光储充一体化电站的拓扑结构。在并网模式下，光储充电站由外部配电网和站内光伏电源共同供电，储能系统跟踪光伏出力以平滑功率波动，促进光伏电量的高效利用；在离网运行时，储能系统作为主要电源，在能量管理系统的调节下，建立统一的电压和频率参考值，确保充电站的可靠供电和光伏电源的高效利用。此外，光储充一体化电站还能根据电价水平实现分时段并/离网切换运行，以降低整体购电成本。

3.2 控制策略优化

充储/光储充一体化电站利用能量管理系统实时跟踪电站运行功率，并通过控制策略优化储能系统的出力，以实现削峰填谷和平滑波动的功能。针对规模化快充电站并网中存在的问题，充储/光储充一体化电站也有相应的控制策略研究。

在电网容量方面，有文献考虑了在重负荷水平下电网容量不足的问题，提出了一种面向削峰填谷服务的储能系统充放电控制策略。然而，该策略忽略了配电网中充储电站分散布局的问题，缺乏多点充储电站之间的能量互动和协调控制能力。

在电能质量方面，有文献从电动汽车快速充电时的网侧谐波电流含量、总畸变率以及电压跌落幅度等多个维度进行了研究，并提出了一种有效抑制谐波、补偿无功电压和平抑功率波动的储能系统控制策略。但需要注意的是，该策略中选用的飞轮储能制造成本高昂，难以在短期内实现规模化应用。

在电力系统稳定运行方面，有文献提出了基于混合储能的电动汽车充电站直流微网协调控制技术。该技术将快充负荷和光伏电源引起的功率波动分解为高频分量与中低频分量，并分别利用飞轮储能和电池储能进行补偿，以达到平抑直流母线电压波动和提高电压稳定裕度的目的。但上述研究仅针对光储充直流微网系统，并未考虑并网状态下与配电网的互动能力。

4 含储能快充电站应用前景及关键技术展望

4.1 应用前景展望

含储能快充电站是能源互联网时代新型基础设施建设的重要产物，其应用模式融合了“储能+快充电站+其他元素”。随着5G通信技术的进步和信息物理系统的完善，数据共享、资源共享以及市场多边交易将更加广泛。在城市电网中，构建含储能快充电站与数据站联合运营的系统，通过聚合分布式储能容量向数据站供电，同时实现分布式储能数据的全网共享，形成可调度、可交易的虚拟储能资源。对于广域布局的含储能快充电站，采用单点自治控制与广域协调调度相结合的调控策略，增强电力系统的灵活性和抵御扰动的能力。此外，将能源流和信息流融合，通过共享经济实现配电容量、快充服务、储能资源和电力大数据的高效利用，贯穿电网、交通、储能、数据等整条价值链，延伸电力电量供给服务的价值，从而激发规模化含储能快充电站的潜在经济价值和社会价值。

同时，随着无线充电技术的日益成熟，快充电站的充电方式将更加多元化。电动汽车占比的上升以及用户对便捷体验要求的提高，将推动以无线充电和有线充电为基础的混合新型快充电站的发展。电动汽车既可以通过无线充电位或无线充电轨道完成充电过程，也可以通过直流充电机进行有线快速充电。

尽管大量研究表明，储能以其能量快速吞吐和功率灵活控制的特性使快充电站呈现“柔性负荷”的特性，但由于相关技术尚不成熟且工程应用经验有限，当前规模化含储能快充电站仍处于研究阶段。此外，能源互联网中含储能快充电站的商业模式和运营方式尚不明朗，对含储能快充电站与区域配电网之间的典型互动模式还需进一步深入研究。

4.2 关键技术展望

当前对快充电站多类型应用系统的建模主要基于以光储充/充储一体化电站为范例的单一电站模型。然而，规模化含储能快充电站涉及多个电站单元的集成，并且未来快充电站中无线充电和有线充电方式将混合使用，这使得含储能快充电站的结构更加庞大且复杂。多个单元之间的调度控制难度显著增加，对储能出力精度和通信网络速度的要求也更加严格。显然，现有的充储/光储充一体化电站模型和基于生产自动化系统的信息网络架构已难以满足能源互联网背景下的规模化含储能快充电站的应用要求。因此，如何描述含储能快充电站的复杂网络结构并建立相应的仿真模型，以及如何实现多点含储能快充电站中储能单元之间以及储能与上级网络之间的快速通信和控制，成为当前研究的重要课题。

5安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

5.2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。

5.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

5.4安科瑞充电桩云平台系统功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

5.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

5.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

5.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

5.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

5.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

5.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

5.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

5.5系统硬件配置

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000		安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷高效安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、高效、安全的充电服务。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D		额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D		额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S		额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S		额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D		导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。

6结束语

随着大量高比例电力电子设备、新能源发电装置及电动汽车接入电网，电网的结构逐渐趋向复杂化和随机化。快速充电站作为能源互联网的关键组成部分，其大规模运行将加剧电网的控制难度，并提升系统失稳的风险。因此，探索快速充电站的多样化应用策略，将其转化为可管理和可调度的“柔性负荷”，显得尤为重要。

本文首先聚焦于快速充电站并网的影响因素及其涉网性能，分析大规模应用对电网带来的多重挑战，进而提出发展“快速充电站+储能”新型应用模式的迫切需求。随后，基于当前的研究进展和工程实践，本文探讨了充储/光储充一体化电站对大规模含储能快速充电站在研究和应用方面的启示，同时分析了在能源互联网背景下，这两种模式的本质区别及影响差异。

最后，针对含储能快速充电站的应用前景及核心技术，本文探讨了其未来的发展路径，并得出以下结论：

随着广域聚合控制技术和共享经济的兴起，虚拟储能应用将成为趋势，推动含储能快速充电站在电网、交通、储能、数据等多个领域构建多元化的价值链。然而，由于当前相关技术和工程经验的不足，大规模快速充电站的落地实施仍需经历长期的理论探索与工程实践。

此外，能源互联网中，含储能快速充电站的商业模式、运行策略及其与配电网的互动模式尚未清晰；对于大规模含储能快速充电站的复杂网络模型和多点分散布局的储能系统聚合控制策略，仍需进一步深入研究。

参考文献

[1]刘涤尘,彭思成,廖清芬,等.面向能源互联网的未来综合配电系统形态展望[J].电术

[2]全慧，李相俊，张杨，贾学翠，惠东，管敏渊.快充电站多类型应用方式的并网影响及控制技术综述

[3]安科瑞企业微电网应用手册2020.06版.

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审核编辑 黄宇