充电站如何降低电损？

充电站如何降低电损？

      充电站运营商和投资商知道一定比例的电损，但遇到电网的抄表电量相比充电车辆计量结算的电量多10%甚至更多，而且每个月多出的比例都不相同的情况时，就会有疑问且不知如何针对性降损。针对此情况，本篇我们讲充电站电量损耗及降损策略。

      充电站与电网结算电费的计量点在高压开关室，与客户结算充电电费及服务费的计量点在充电枪直流侧。不考虑计量的误差，电能在两个计量点间涉及变压器、高低压电缆、充电桩、svg等多个环节，这些环节都会有电量损耗。本篇主要分析以上环节的电力损耗情况，并提出整体降损策略。

      一、充电站电损

      电能从电网交流电到汽车电池直流电，需经过电压变换、传输、电流整流等过程，以上过程涉及变压器、高低压电缆、高低压开关、充电桩等设备，为满足电网功率因数考核，需配置SVG,这些设备在运行过程中都会有电量损耗，不同的设备损耗的量不同。

      A.变压器电损

      变压器损耗分为空载损耗和负载损耗，也叫铁损和铜损。两者在变压器运行时同时存在。空载损耗变压器通电产生，损耗的大小与铁芯材质、制作工艺密切相关，与负荷无关。同样功率的变压器，非晶合金的变压器空载损耗低于电工钢带；油浸式变压器空载损耗低于干式变压器；铁芯能效等级不同，一级能效（SCB13、S13）空载损耗低于三级能效（SCB11、S13），数值越小，空载损耗越大。负载损耗的大小取决于绕组的材质并且随负荷的变化而变化。铜绕组的损耗小于铝绕组，负荷越大，负载损耗越大。

变压器功率不同，空载和负载损耗也不同。变压器功率越大，空载损耗越大，额定功率下的负载损耗越大。固定的负荷，接不同功率的变压器时，变压器功率越大，空载损耗越大，负载损耗越小。

      B.SVG电损

      SVG损耗与配置容量成正比，分为固损和变损。配置容量固定后固损确定，变损与运行中谐波含量和无功需求有关。

表：S11、SCB10变压器空载负载损耗表

      C、电缆电损

      电缆线损K=I²*ρ*l/(Π*r²)，电缆线损受电阻率影响，与电流的平方值、长度等成正比，与电缆截面积成反比。电流I=P/U，电流的大小与传输的功率成正比，与电压成反比。电阻率ρ不仅与材料种类有关，而且还与温度、压力和磁场等外界因素有关。一般金属的电阻率随温度的升高而增大。总结来看，电缆线损与电缆的截面积、长度、通过的电流相关。增加截面积，减小长度、减小电流可降低线损。几种常用材料电阻率如下图。

图：几种常用材料电阻率

      充电站一般采用配网中压供电。变压器高压侧电压为10kV，低压侧电压为380V。运营时，高压电流仅为低压电流的1/26，考虑电缆线径不同，同样长度的高压电缆线损远小于低压电缆线损。

      D、充电桩电损

      充电桩桩损分为待机损耗和运行损耗。交流桩本质就是个带电路板的交流开关，待机损耗一般小于10W，运行损耗忽略不计。直流充电桩待机损耗一般小于10W，全天24小时待机损耗约0.24度电；运行过程中，直流桩将交流电整流成直流电，整流过程中会损耗有功，损失电量。一般充电桩厂家宣称效率在95%以上，在实际中，直流快充桩效率与充电功率、环境温度等密切相关。满功率和低功率区间并非最佳效率区间，低功率输出时效率下降明显。下图是典型的15kW充电桩整流模块效率曲线图：

图：15kW充电桩整流模块效率曲线图

      二、降低电损策略

      充电站以盈利为目的为电车提供安全稳定的充电服务，降低损耗并非单纯的降低电量损耗，而应该是以增加盈利为目的的降低损耗，在此前提下，降低损耗策略主要如下：

      A、选用合适型号变压器

      目前630kVA及以下变压器油变和干变均有，800kVA及以上主要为干变，油变相比干变要便宜。同样功率油变相比干变的空载损耗低而负载损耗大，按年度综合空载和负载损耗，油变的综合损耗低。

      单台功率大的变压器综合损耗低。以1600kVA为例，两台800变压器的综合损耗要大于一台1600kVA变压器。

      相比电工钢带变压器，非晶合金变压器单价贵，负载损耗相同但空载损耗低。以珠三角地区800kVA干式变压器为例，非晶合金空载损耗低0.735kW，年节约用电6438.6度电。年节约电费约5000元。综合考虑投资回报与运营风险，非晶合金变压器增加造价不超过年节约电费*运营时间*0.4时，优先非晶合金变压器。

      B、摆放合适位置变压器

      减小电缆线损的原则是“高输低配，长输短配”。充电站内一般高压开关室的位置基本固定，充电桩的位置按照车位放置也基本固定。要通过调整变压器位置降低线损。变压器位置要靠近直流充电桩，这样虽然增加了高压电缆的长度，但是大幅减少了低压电缆的长度，可以有效降低电缆投资的同时，降低运营电缆线损。

      C、选择合适型号电缆

      充电站内通过高压电缆的电流远小于低压电缆，一般根据设计规范的经济性原则选择电缆线径即可。低压电缆投资大，损耗也大，可结合充电站运营情况，在站内增加低压配电柜，变压器至配电柜的主干低压电缆按照经济性原则选择型号，配电柜至充电桩的分支电缆按安全性选择型号，降低投资的同时降低电缆损耗。

      D、选用合适型号充电桩

      充电桩运行在最佳效率区间时损耗最小。充电桩功率过大，长时间在低功率区间运行；充电桩功率过小，长时间额定功率输出。在满足车辆充电的情况下，两者的效率都偏低，从而增加充电桩运行损耗。这就需要充电桩的型号按照站内充电电量最大的电车类型来匹配。

      E、改进充电桩技术

      充电桩交流侧电压改进为690V或800 V，这样变压器采用市面上10kV／690V，在同样充电功率时，可降低交流侧电流约50%，减少低压侧线损的同时降低线径减少投资。

      三、总结

      充电站内变压器的空载损耗固定，不管有无车辆充电；负载损耗与充电量成正比。可通过优化设备选型，合理布局，选用交流侧电压高型号充电桩等来降低运营电损。