1. 概述
2023年12月23日蔚來宣布了一項(xiàng)重要的計劃，表示蔚來將在2024年新建1000座換電站，這將使蔚來的換電站總數(shù)達(dá)到3310+座，2025年蔚來將建成全面覆蓋“九縱九橫城市群"的高速換電網(wǎng)絡(luò)，并且全球換電站數(shù)量將超過4000座。此外，蔚來還計劃在2024年新增20000根充電樁，使充電樁總數(shù)達(dá)到41000+根。這一戰(zhàn)略規(guī)劃的主要目標(biāo)是為車主提供更加便捷的充電和換電服務(wù)，與傳統(tǒng)的充電樁相比，蔚來換電站能夠在短時間內(nèi)完成電池充電和更換，提供更快捷、更高效的充能解決方案，這也成為了吸引新能源汽車消費(fèi)者的一大亮點(diǎn)。
蔚來自建充換電站的計劃堪比當(dāng)年京東自建物流，盡管當(dāng)年很多人不看好，但是現(xiàn)在的京東物流現(xiàn)在已經(jīng)成為京東電商生態(tài)的重要競爭力之一。而重視用戶體驗(yàn)的蔚來為用戶建立起完善的充換電網(wǎng)絡(luò)，不僅可以更好的服務(wù)于用戶，而且數(shù)以千計的充換電站構(gòu)建的虛擬電廠未來也可能是中國能源市場的重要參與者和獲益者。
盡管布局充換電站對蔚來的意義非常重大，但是同時也耗資龐大。根據(jù)蔚來2023年全年財報數(shù)據(jù)來看，依舊處于虧損階段，而相比其他造車新勢力，蔚來為提高用戶體驗(yàn)而花了更多的錢來布局充換電站。充換電站屬于重資產(chǎn)，建造和運(yùn)營前期都需要投入大量資金，通過數(shù)字化平臺來運(yùn)維管理顯然可以在提升用戶體驗(yàn)的同時大幅降低充換電站的運(yùn)營成本。
圖1-1 蔚來充換電站NIO House
2. 充換電站的供配電系統(tǒng)及智能化要求
充換電站變配電系統(tǒng)通常采用箱式變電站，由高壓室、變壓器室和低壓室三個獨(dú)立小室組成，用電容量一般在630kVA~1250kVA之間，根據(jù)充換電站的規(guī)模而定，如圖2-1所示。
圖2-1 充換電站箱變典型一次圖
圖2-2 充換電站箱式變電站
蔚來對充換電站箱變智能化做了標(biāo)準(zhǔn)化要求，對箱式變電站電氣參數(shù)、接點(diǎn)溫度、變壓器室和高低壓室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測要求見表2-1。
序號 | 功能 | 位置 | 檢測模塊 | 驅(qū)動模塊 |
1 | 環(huán)境溫濕度 | 高壓室、變壓器室、低壓室 | 溫濕度檢測模塊 | 加熱器/風(fēng)機(jī) |
2 | 接點(diǎn)溫度 | 變壓器本體、高壓電纜頭處（高壓柜連接處）、低壓框架斷路器上樁頭、低壓塑殼斷路器下樁頭、低壓水平母排 | 無線測溫 | 風(fēng)機(jī)/報警/跳閘 |
3 | 電壓檢測 | 進(jìn)線高壓柜輸入端或出線高壓柜輸出端、低壓次總柜總開下端 | 繼保或多功能電表 |
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4 | 電流檢測 | 進(jìn)線高壓柜輸出端或出線高壓柜輸出端、低壓次總開關(guān)上端、低壓出線塑殼上端、出線高壓柜輸出端、低壓PE排 | 繼保、多功能電表 |
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5 | 電能計量/功率因數(shù) | 進(jìn)線高壓柜輸入端或出線高壓柜輸出端、低壓次總開關(guān)上端、低壓出線塑殼上端 | 多功能電表 |
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6 | 諧波檢測 | 出線高壓柜輸出端 | 諧波檢測裝置 |
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7 | 門禁檢測 | 高壓室外門、低壓室外門、變壓器室外門、變壓器室內(nèi)門 | 行程開關(guān) | 報警 |
8 | 煙霧檢測 | 高壓室、變壓器室、低壓室 | 煙霧傳感器 |
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9 | 水浸檢測 | 變壓器室箱變下部 | 水浸傳感器 |
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10 | 浪涌狀態(tài)檢測/保護(hù)熔斷器檢測 | 低壓次總柜 | 帶通訊浪涌 |
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11 | 高壓斷路器狀態(tài)檢測 | 高壓斷路器、高壓接地刀、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓主熔斷器、低壓框架斷路器、低壓塑殼、風(fēng)機(jī)開關(guān) | 輔助觸點(diǎn) |
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12 | 遠(yuǎn)程補(bǔ)償控制/監(jiān)測 | 低壓電容柜 | 無功補(bǔ)償器 |
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表2-1 箱式變電站數(shù)字化監(jiān)測要求
3. 充換電站數(shù)字化監(jiān)控和運(yùn)維解決方案
3.1. 設(shè)備配置及組網(wǎng)方案
根據(jù)需求現(xiàn)場箱式變電站配置安科瑞微機(jī)保護(hù)裝置、諧波檢測裝置、多功能儀表、無線測溫傳感器、無功補(bǔ)償控制器和智能電容補(bǔ)償裝置等，通過RS485總線接入設(shè)置在智慧測控柜內(nèi)的智能網(wǎng)關(guān)ANet-2E4SM，最后通過4G上傳至蔚來充換電站運(yùn)維管理平臺，設(shè)備配置圖見圖3.1-1，現(xiàn)場設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖建圖3.1-2。
圖3.1-1 充換電站箱式變電站智能裝置配置
圖3.1-2 現(xiàn)場設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
3.2. 設(shè)備選型表
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
微機(jī)保護(hù) 裝置 | 
| AM3SE-I | 具備三段式電流保護(hù)和反時限過流保護(hù)，測量三相電流、電壓、有功/無功功率、電能、功率因數(shù)等等 | 10kV進(jìn)線保護(hù)測控 |
多功能電表(諧波檢測) | 
| APM520 | 具有全電量測量，2-53次諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 高低壓重要回路 諧波測量 |
多功能電表 | 
| AMC72L-E4/KC | 具有常規(guī)電氣參數(shù)測量，2-53次諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 0.4kV進(jìn)/饋線回路 |
電流表 | 
| AMC72-AI3 | 三相電流表，數(shù)碼管顯示 | 0.4kV進(jìn)線回路，就地顯示三相電流 |
無功補(bǔ)償控制器 | 
| ARC-28F/Z-USB-L | 具備28組電容器分補(bǔ)、共補(bǔ)等方式的自動投切控制，使功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值。 | 電容器補(bǔ)償柜 |
智能電容器 | 
| AZC-SP1/450 | 智能電容器，可選擇共補(bǔ)、分補(bǔ)方式，具備RJ45網(wǎng)絡(luò)通信線接口，可配合無功補(bǔ)償控制器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。 | 0.4kV無功補(bǔ)償 |
無線測溫接收器 | 
| ATC450-C | 通過無線接收無線測溫傳感器數(shù)據(jù)，并通過RS485接口上傳給智能網(wǎng)關(guān)。 | 無線測溫 |
無線測溫傳感器 | 
| ATE400 | 監(jiān)測高壓電纜頭處、低壓框架斷路器上樁頭、低壓塑殼斷路器下樁頭、低壓水平母排溫度。 | 無線測溫 |
開關(guān)量采集單元 | 
| ARTU100 | 具備最多32路遙信信號采集，通過RS485通訊上傳網(wǎng)關(guān)。 | 遙信采集 |
智能網(wǎng)關(guān) | 
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 電量、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展 模塊 | 
| ANet-M4G/M485 | 可以配合ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展4G無線通訊或RS485接口。 | 網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展模塊 |
溫濕度傳感器 | / | / | 采集高壓室、變壓器室和低壓室環(huán)境溫濕度，并通過RS485通訊上傳網(wǎng)關(guān)。 | 環(huán)境參數(shù) |
門磁、水浸、煙霧、浪涌 | / | / | 通過開關(guān)量信號接入遙信采集單元 | 環(huán)境參數(shù) |
表3.2-1 蔚來充換電站箱變智能化設(shè)備選型表
3.3. 智能網(wǎng)關(guān)及平臺
由于蔚來已經(jīng)建設(shè)了充換電站運(yùn)維管理平臺，本項(xiàng)目箱變數(shù)據(jù)通過ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)采集后，按照蔚來運(yùn)管平臺要求的數(shù)據(jù)格式上傳平臺。智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式系統(tǒng)，具備本地數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、協(xié)議轉(zhuǎn)換、斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、協(xié)議定制等功能，可以無縫對接上級平臺。
安科瑞Acrelcloud-1000電力運(yùn)維平臺也可以滿足箱變運(yùn)維管理功能，平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過北斗定位跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并做消缺處理。
圖3.3-1 AcrelCloud-1000電力運(yùn)維平臺界面
3.3.1. 電力監(jiān)測
運(yùn)維平臺通過4G網(wǎng)絡(luò)采集箱變配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率電能和開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，掌握箱變實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)。
3.3.2. 電能統(tǒng)計
基于尖峰平谷分時電度統(tǒng)計不同時段的電能消耗和用電成本，并形成日報、月報、年報表，通過同比環(huán)比分析比較，便于用戶計算運(yùn)營成本。
3.3.3. 異常報警
箱變電流、電壓、功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器負(fù)荷率和繞組溫度、電氣接點(diǎn)溫度、環(huán)境溫濕度、煙霧、浸水、視頻、門禁信息，發(fā)生異常情況會及時通過APP和短信向運(yùn)維人員發(fā)出報警信息。
3.3.4. 運(yùn)維管理
可幫助用戶制定巡檢計劃，記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的缺陷，并派發(fā)消缺工單，查看巡檢軌跡定位和消缺搶修進(jìn)度，反饋任務(wù)進(jìn)度等，閉環(huán)運(yùn)維管理流程。
3.3.5. 用戶報告
運(yùn)維平臺自動生成用戶用電及運(yùn)行診斷報告，對配電系統(tǒng)運(yùn)行情況提供周期性診斷報告，總結(jié)配電系統(tǒng)存在的問題，提出改進(jìn)建議。
另外平臺還具備環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量分析、需量分析、設(shè)備臺賬等管理功能，幫助用戶更高效的管理地理分散、數(shù)量眾多的箱變，提高供電可靠性和設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)維成本和用電成本。
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