充電站如何降低電損？

充電站如何降低電損？

      充電站運營商和投資商知道一定比例的電損，但遇到電網的抄表電量相比充電車輛計量結算的電量多10%甚至更多，而且每個月多出的比例都不相同的情況時，就會有疑問且不知如何針對性降損。針對此情況，本篇我們講充電站電量損耗及降損策略。

      充電站與電網結算電費的計量點在高壓開關室，與客戶結算充電電費及服務費的計量點在充電槍直流側。不考慮計量的誤差，電能在兩個計量點間涉及變壓器、高低壓電纜、充電樁、svg等多個環節，這些環節都會有電量損耗。本篇主要分析以上環節的電力損耗情況，并提出整體降損策略。

      一、充電站電損

      電能從電網交流電到汽車電池直流電，需經過電壓變換、傳輸、電流整流等過程，以上過程涉及變壓器、高低壓電纜、高低壓開關、充電樁等設備，為滿足電網功率因數考核，需配置SVG,這些設備在運行過程中都會有電量損耗，不同的設備損耗的量不同。

      A.變壓器電損

      變壓器損耗分為空載損耗和負載損耗，也叫鐵損和銅損。兩者在變壓器運行時同時存在。空載損耗變壓器通電產生，損耗的大小與鐵芯材質、制作工藝密切相關，與負荷無關。同樣功率的變壓器，非晶合金的變壓器空載損耗低于電工鋼帶；油浸式變壓器空載損耗低于干式變壓器；鐵芯能效等級不同，一級能效（SCB13、S13）空載損耗低于三級能效（SCB11、S13），數值越小，空載損耗越大。負載損耗的大小取決于繞組的材質并且隨負荷的變化而變化。銅繞組的損耗小于鋁繞組，負荷越大，負載損耗越大。

變壓器功率不同，空載和負載損耗也不同。變壓器功率越大，空載損耗越大，額定功率下的負載損耗越大。固定的負荷，接不同功率的變壓器時，變壓器功率越大，空載損耗越大，負載損耗越小。

      B.SVG電損

      SVG損耗與配置容量成正比，分為固損和變損。配置容量固定后固損確定，變損與運行中諧波含量和無功需求有關。

表：S11、SCB10變壓器空載負載損耗表

      C、電纜電損

      電纜線損K=I2*ρ*l/(Π*r2)，電纜線損受電阻率影響，與電流的平方值、長度等成正比，與電纜截面積成反比。電流I=P/U，電流的大小與傳輸的功率成正比，與電壓成反比。電阻率ρ不僅與材料種類有關，而且還與溫度、壓力和磁場等外界因素有關。一般金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。總結來看，電纜線損與電纜的截面積、長度、通過的電流相關。增加截面積，減小長度、減小電流可降低線損。幾種常用材料電阻率如下圖。

圖：幾種常用材料電阻率

      充電站一般采用配網中壓供電。變壓器高壓側電壓為10kV，低壓側電壓為380V。運營時，高壓電流僅為低壓電流的1/26，考慮電纜線徑不同，同樣長度的高壓電纜線損遠小于低壓電纜線損。

      D、充電樁電損

      充電樁樁損分為待機損耗和運行損耗。交流樁本質就是個帶電路板的交流開關，待機損耗一般小于10W，運行損耗忽略不計。直流充電樁待機損耗一般小于10W，全天24小時待機損耗約0.24度電；運行過程中，直流樁將交流電整流成直流電，整流過程中會損耗有功，損失電量。一般充電樁廠家宣稱效率在95%以上，在實際中，直流快充樁效率與充電功率、環境溫度等密切相關。滿功率和低功率區間并非最佳效率區間，低功率輸出時效率下降明顯。下圖是典型的15kW充電樁整流模塊效率曲線圖：

圖：15kW充電樁整流模塊效率曲線圖

      二、降低電損策略

      充電站以盈利為目的為電車提供安全穩定的充電服務，降低損耗并非單純的降低電量損耗，而應該是以增加盈利為目的的降低損耗，在此前提下，降低損耗策略主要如下：

      A、選用合適型號變壓器

      目前630kVA及以下變壓器油變和干變均有，800kVA及以上主要為干變，油變相比干變要便宜。同樣功率油變相比干變的空載損耗低而負載損耗大，按年度綜合空載和負載損耗，油變的綜合損耗低。

      單臺功率大的變壓器綜合損耗低。以1600kVA為例，兩臺800變壓器的綜合損耗要大于一臺1600kVA變壓器。

      相比電工鋼帶變壓器，非晶合金變壓器單價貴，負載損耗相同但空載損耗低。以珠三角地區800kVA干式變壓器為例，非晶合金空載損耗低0.735kW，年節約用電6438.6度電。年節約電費約5000元。綜合考慮投資回報與運營風險，非晶合金變壓器增加造價不超過年節約電費*運營時間*0.4時，優先非晶合金變壓器。

      B、擺放合適位置變壓器

      減小電纜線損的原則是“高輸低配，長輸短配”。充電站內一般高壓開關室的位置基本固定，充電樁的位置按照車位放置也基本固定。要通過調整變壓器位置降低線損。變壓器位置要靠近直流充電樁，這樣雖然增加了高壓電纜的長度，但是大幅減少了低壓電纜的長度，可以有效降低電纜投資的同時，降低運營電纜線損。

      C、選擇合適型號電纜

      充電站內通過高壓電纜的電流遠小于低壓電纜，一般根據設計規范的經濟性原則選擇電纜線徑即可。低壓電纜投資大，損耗也大，可結合充電站運營情況，在站內增加低壓配電柜，變壓器至配電柜的主干低壓電纜按照經濟性原則選擇型號，配電柜至充電樁的分支電纜按安全性選擇型號，降低投資的同時降低電纜損耗。

      D、選用合適型號充電樁

      充電樁運行在最佳效率區間時損耗最小。充電樁功率過大，長時間在低功率區間運行；充電樁功率過小，長時間額定功率輸出。在滿足車輛充電的情況下，兩者的效率都偏低，從而增加充電樁運行損耗。這就需要充電樁的型號按照站內充電電量最大的電車類型來匹配。

      E、改進充電樁技術

      充電樁交流側電壓改進為690V或800 V，這樣變壓器采用市面上10kV／690V，在同樣充電功率時，可降低交流側電流約50%，減少低壓側線損的同時降低線徑減少投資。

      三、總結

      充電站內變壓器的空載損耗固定，不管有無車輛充電；負載損耗與充電量成正比。可通過優化設備選型，合理布局，選用交流側電壓高型號充電樁等來降低運營電損。