光储充一体化电站合规继电保护设计及运维管理研究

安科瑞 刘迈

　　摘要：针对光伏储能一体化电动汽车充电站的继电保护配置设计，需充分结合光伏发电、储能充放电、充电桩与电网的协同运行特点，核心目标是破解多电源结构下保护动作逻辑配合困难、系统运维难以兼顾可靠与高效的关键问题。以下依托相关技术文献与行业标准，从保护需求、配置原则、控制要求及合规性等维度进行剖析。

　　1 光伏储能一体化充电站的电气设计

　　电动汽车充电站的电力负荷等级归为三级，供电方案可采用单路 10kV 市政电源接入。站内配电核心设备通常选用箱式变电站，该设备内部划分为三个独立功能舱室，分别为高压室、变压器室与低压室，整体用电容量常规区间为 630kVA 至 1250kVA。在分布式光伏系统配置方面，其装设容量受限于充电站实际场地条件，安装位置多选择在站内车棚顶部或周边建筑的屋顶区域。储能柜的容量确定需结合两项关键因素：一是充电站日常充电负荷需求，二是项目整体投资预算。此外，光伏汇流柜、储能汇流柜以及储能柜等配套电气设备，可集中布置在预制舱内实现规整管理，相关电气一次干线的连接方式可参考对应图示。

图1.1 光伏储能一体化充电站电气干线示意图

　　2 充电站继电保护要求

　　光储一体化充电站继电保护相比传统电站将会更为复杂，光伏和储能系统的接入使充电站供电结构从单电源变为多电源，导致短路电流的分布和方向发生变化。光伏逆变器、储能PCS均为电力电子设备，其本身针对故障的反应动作时间远高于传统继电保护装置和断路器的组合。

　　例如，变压器低压侧短路时，电网和光伏、储能可能同时向故障点注入电流，保护逻辑设置不合理可能误动或无法快速隔离故障。其次，传统的低压断路器过流保护可能无法满足各级保护选择性要求，需确保故障发生时仅切除故障区域，避免因保护误动导致故障范围扩大，影响充电站运行可靠性。最后，继电保护配置还需要满足相关标准和规范对于分布式电源接入电网的相关要求。

　　2.1 桩级保护

　　GBT51313-2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》对于非车载充电机（直流充电桩）的保护要求如下：“4.0.6非车载充电机应具备交流输入过压保护、交流输人过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护和内部过温保护等功能。"直流充电桩保护功能主要由直流充电桩内部模块实现，可以结合GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》“13.5.5储备仓库、电动车充电等场所的末端回路应设置限流式电气防火保护器。"要求，部分直流充电桩可加装限流式保护器。

　　对交流充电桩要求“4.0.7 交流充电桩应具备过负荷保护、短路保护和漏电保护功能。交流充电桩漏电保护应符合现行国家标准《电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》GB/T18487.1的有关规定。"结合《民用建筑电气设计标准》要求，交流充电桩配置电气防火限流式保护器，快速实现过负荷、短路保护和漏电保护。

　　2.2 0.4kV回路继电保护

　　光伏逆变器、储能变流器本身具备保护功能，不需要另外配置保护装置。根据根据GB/T 19964《光伏发电站接入电力系统的技术规定》要求，在并网点设置防孤岛保护装置，在电网停电时动作于跳开光伏和储能并网断路器，防止孤岛运行向电网送电。并网点需要监测电能质量数据，包括电流/电压/总谐波畸变率、电压合格率、电压波动/闪变等，配置APView400电能质量在线监测装置。此外，为了满足0.4kV保护选择性要求，在发生故障时缩小故障范围，可以在主要回路配置低压保护装置，实现速断、过流保护、过负荷保护、欠/过电压保护、漏电保护等等。

　　2.3 10kV回路继电保护

　　10kV进线回路和变压器分别配置线路保护装置AM5SE-F和变压器保护装置AM5SE-T，如变压器高压侧不设置断路器，则在进线处设置变压器保护装置。进线保护和变压器保护均应设置带方向的电流速断、过流、过负荷保护，变压器保护还需要配置非电量保护，包括温度保护、开门保护，油浸式变压器还需要设置瓦斯保护。

　　根据《电能质量管理办法（暂行）》和《光伏发电站接入电力系统的技术规定》，分布式电源用户公共连接点还需要监测电能质量数据，需要配置电能质量在线监测装置；如是自发自用、余电不上网的用户还需要设置防逆流保护或防逆流调节装置。

　　2.4 协调控制器

　　协调控制器ACCU-100具备智能网关数据采集、协议转换、存储等功能之外，还具备新能源的使用策略控制功能，可以按照预设的逻辑控制光伏出力、储能充/放电、充电桩充电控制以及负荷调节等功能，并与云端平台进行交互，响应云端策略配置。

　　3 充电桩设备

　　安科瑞AEV200-DC240M分体式直流充电柜采用为一柜四桩设计，单桩最大充电功率240kW，充电电压150V-1000V，单桩最大电流250A，满足用户快速充电需求。具备交流输入过压保护、交流输人过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护和内部过温保护等功能

　　图3.1 AEV200-DC240M充电柜以及AEV200-DC250AS直流充电桩

　　除了分体式充电桩外，公司还提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充电桩以及7kW交流充电桩，满足各种场合的充电要求。

　　4 智慧能源管理平台

　　AcrelEMS智慧能源管理平台融合电力监控、电能质量分析及治理、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，可以帮助光储充一体化充电站提高供电可靠性，优化能源使用策略，就地消纳新能源发电，降低充电成本。

　　4.1 充电运营管理

　　安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图4.1 充电运营管理

　　4.2 光伏储能能量管理

　　能量管理策略实现电网、光伏发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图4.2 光伏、储能、充电桩能量管理

　　4.3 有序充电管理

　　系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图4.3 有序充电管理

　　5 结束语

　　在光伏储能一体化充电站的运营管理中，分层分级的保护与监控机制是关键支撑，其不仅能显著提升供电系统的可靠性，还能确保分布式电站严格符合运行合规要求。在此基础上，通过搭配智慧能源管理平台与科学的新能源控制策略，可进一步实现充电效率与运营经济性的动态平衡，达成二者兼顾的优化目标。

　　其中，AcrelEMS 智慧能源管理平台展现出强劲的协同能力 —— 它与安科瑞旗下各类继电保护装置、自动控制设备深度联动，能够突破地域限制，对分散在不同区域、数量庞大的各类充电站进行统一化、精细化管理。同时，平台可根据每个充电站的实际负载情况、能源供需特点定制专属控制策略，从能源调度、设备运维等多维度发力，最终推动充电站朝着更清洁更有效的方向稳定运行。

　　参考文献：

　　国家电网能源研究院。新能源充电站智能运管平台技术 [R]. 北京：国家电网能源研究院，2022.

　　[2] 德国智能微电网示范工程项目组。分布式保护技术在微电网中的应用实践 [C]// 2023 国际电力系统保护与控制会议论文集。慕尼黑：德国电力协会，2023: 678-685.

　　[3] 美国海上风电场项目组。海底电缆故障保护技术及工程应用 [J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, 37 (4): 2987-2995.

　　[4] 澳大利亚光伏电站项目组. 500kV 电网接入光伏电站的防孤岛保护措施 [J]. IET Renewable Power Generation, 2023, 17 (9): 1870-1878.