Зарядные хабы и динамическое балансирование нагрузки — групповая мощность вместо суммирования по точкам зарядки

В руководстве 722-ev-charging рассмотрены требования к установке для отдельной точки зарядки: система заземления, тип УЗО, сечение кабеля. Эта статья рассматривает, что меняется, когда несколько точек зарядки объединяются на одном подключении — зарядный хаб в офисе, жилом комплексе или на территории предприятия — и почему мощность подключения тогда не равна простой сумме всех точек зарядки на полной мощности.

Проблема: суммирование на полной мощности избыточно

Зарядный хаб с, например, десятью точками зарядки по 11 кВт каждая потребовал бы, при расчёте подключения на сумму всех точек зарядки одновременно на полной мощности, мощности подключения в 110 кВт. На практике редко все автомобили заряжаются одновременно на полной мощности — большинство сессий зарядки лишь частично пересекаются во времени, и многим пользователям не нужна полная мощность, чтобы зарядиться достаточно в имеющееся время. Подключение, рассчитанное на теоретический пиковый спрос, поэтому часто существенно избыточно и дороже (как по мощности подключения к сети, так и по мощности трансформатора/кабеля).

Как это решает динамическое балансирование нагрузки

IEC 61851-1 определяет для зарядки Mode 3 (переменный ток с коммуникацией) сигнал Control Pilot (CP) между точкой зарядки и автомобилем, посредством которого точка зарядки сообщает автомобилю максимально допустимый ток зарядки через широтно-импульсную модуляцию. Система балансирования нагрузки на уровне группы использует это следующим образом:

1. Резервирует фиксированный, заранее определённый групповой бюджет мощности для всего зарядного хаба (например, 60 кВт для десяти точек зарядки из примера выше вместо 110 кВт).
2. Распределяет этот групповой бюджет мощности в реальном времени между автомобилями, заряжающимися в данный момент, постоянно подстраивая сигнал CP для каждой точки зарядки под фактически доступную мощность.
3. Автоматически пересчитывает распределение при подключении или отключении автомобилей, так что суммарный групповой ток никогда не превышает зарезервированную групповую мощность, даже кратковременно.

Внимание: динамическое балансирование нагрузки — это дополнение, а не замена обычных требований к установке из руководства 722-ev-charging — выбор УЗО, система заземления и расчёт сечения кабеля для каждой точки зарядки остаются в полной мере применимыми; балансирование нагрузки ограничивает только одновременную сумму токов зарядки на уровне группы.

Что происходит без балансирования нагрузки

Без системы балансирования нагрузки установку нужно рассчитывать на сумму всех точек зарядки на полной мощности, либо часть точек зарядки нужно вручную настроить на более низкую, фиксированную мощность (с тем недостатком, что эта мощность также остаётся неиспользованной, когда заряжается лишь несколько автомобилей одновременно). Установка, рассчитанная на полный пиковый спрос без балансирования нагрузки, функционально корректна, но экономически неэффективна; установка, подключённая на более низкую, статическую мощность без балансирования нагрузки, рискует перегрузкой основного подключения, как только несколько автомобилей одновременно заряжаются на полной мощности.

Практическая значимость

При проектировании зарядного хаба с несколькими точками зарядки нужно определить, рассчитывается ли мощность подключения на теоретический пиковый спрос (сумма всех точек зарядки) или на более низкий, динамически распределяемый групповой бюджет мощности — и в последнем случае необходимо проверить, что система балансирования нагрузки действительно никогда не превышает групповую мощность, в том числе при подключении или отключении отдельных автомобилей.

Частые ошибки

1. Рассмотрение балансирования нагрузки как замены требований к отдельной точке зарядки (УЗО, заземление, сечение кабеля на точку зарядки) — эти требования из руководства 722-ev-charging остаются в полной мере применимыми; балансирование нагрузки работает на уровне группы, а не на уровне точки зарядки.
2. Настройка фиксированной, статической мощности на точку зарядки вместо динамического распределения, с называнием этого «балансированием нагрузки» — статическое распределение не использует оптимально доступную групповую мощность и не является полноценной заменой системы, перераспределяющей мощность в реальном времени.
3. Расчёт групповой мощности на основе оптимистичного предположения об одновременности без учёта пиковых моментов (например, все автомобили прибывают примерно в одно время) — выбранная групповая мощность должна оставаться достаточной для приемлемой скорости зарядки и в реалистичном худшем сценарии.

Связанные материалы

• §722 — установки зарядки электромобилей
• Перегрузка сети и накопители энергии
• Домашние накопители энергии
• Крупные потребители и косвенный учёт