تحجيم وتحديد المحولات لمحطات شحن المركبات الكهربائية: دليل فني

يسحب شاحن واحد فائق السرعة بقدرة 350 كيلووات تيارًا أكبر في 15 دقيقة مما يستخدمه متجر صغير نموذجي في ثلاث ساعات. ملف تعريف التحميل هذا - المفاجئ والمكثف والمتكرر عشرات المرات يوميًا - هو ما يجعل تحديد ملف تعريفمحول لمحطة شحن EVتختلف البنية التحتية اختلافًا جوهريًا عن التوزيع التجاري القياسي للطاقة. إذا أخطأت في تحديد الحجم، فستترتب العواقب بسرعة: تراجع الجهد الكهربي الذي يخنق سرعة الشحن، ورسوم الطلب التي تسحق هامش المشغل، وفي أسوأ الحالات، خطاب رفض الخدمة الذي يؤخر المشروع لعدة أشهر.

تتوسع شبكة الشحن العامة العالمية بوتيرة لم تشهدها المرافق منذ طفرة تكييف الهواء في الخمسينيات. وتتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يتجاوز عدد أجهزة الشحن العامة العالمية 15 مليون وحدة بحلول عام 2030. ووراء كل مركز شحن ــ سواء كان ذلك مركزاً من ستة أكشاك من المستوى الثاني في مرآب مركز للتسوق أو ساحة فائقة السرعة مكونة من 40 كشكاً على ممر بين الولايات ــ يجلس محول يتعين عليه التعامل مع نمط تحميل لم يكن في الحسبان أي كتاب توزيع مدرسي من التسعينيات على الإطلاق. يشرح هذا الدليل كيفية تحديد حجم المحول المناسب وتحديده والحصول على موافقة المرافق عليه، وذلك باستخدام سيناريوهات حقيقية من المشاريع التي دعمناها في Ryan Electric.

ما الذي يجعل أحمال شحن المركبات الكهربائية مختلفة عن الأحمال التجارية القياسية

يرى أحد محولات مبنى المكاتب التجارية يومًا يمكن التنبؤ به إلى حد ما: يتم تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في الساعة 7 صباحًا، وتظل الإضاءة ثابتة، وتتقلب أحمال المعدات ضمن نطاق ±15%. يكون سيناريو [الكائن] أقرب إلى فرن القوس - نبضات تيار متقطعة وعالية الحجم تختبر كل نقطة ضعف في سلسلة التوزيع.

هناك ثلاث خصائص تحدد الفرق، وتخطي أي واحدة منها في المواصفات سيضرك عند بدء التشغيل.

ذروة متقطعة مع عامل تحميل متوسط ​​منخفض.قد تحمل محطة الشحن السريع المكونة من ستة أكشاك حمولة متصلة تبلغ 720 كيلو فولت أمبير (6 × 120 كيلو واط)، ولكن نادرًا ما يتجاوز عامل الاستخدام الفعلي 0.4-0.6 في السنوات الأولى من التشغيل. هذا هو الجزء الذي يفتقده معظم المحددين: عندما يقوم أربعة سائقين بالتوصيل في وقت واحد أثناء الذروة المسائية، يرى المحول ارتفاعًا شبه فوري في الطلب بمقدار 480 كيلو فولت أمبير. لم يتم تصميم محولات التوزيع القياسية لدورة العمل هذه - يصبح ثابت الزمن الحراري للملفات هو العامل المحدد، وليس التصنيف المستمر للوحة الاسم. يمكن أن ترتفع درجة حرارة النقطة الساخنة المتعرجة بمقدار 15-20 درجة فوق ما يتنبأ به حساب الحالة المستقرة، وهنا يتسارع تقادم العزل.

حقن التيار التوافقي.تعد أجهزة الشحن DC من المستوى 3 عبارة عن مصادر طاقة كبيرة في وضع التبديل مع مقومات أمامية نشطة. حتى الوحدات المصممة جيدًا تضخ تيارات توافقية في نطاقات الترتيب الخامس والسابع والحادي عشر والثالث عشر. بدون تخفيض مناسب للتيار الكهربائي، يمكن للمحول الذي يعمل عند 80% من لوحة الاسم kVA أن يعمل عند الحمل الحراري الزائد وذلك ببساطة لأن الخسائر التوافقية في القلب والملفات تضيف 10-15% تسخين إضافي لا يقيسه اختبار ارتفاع درجة الحرارة القياسي أبدًا.إيي 519-2022يحدد عتبة الامتثال - التشوه التوافقي الإجمالي (THD) أقل من 5٪ عند نقطة الاقتران المشترك - لكن المحول نفسه يحتاج إلى تصنيف عامل K أو تصميم لف مخفف التوافقي للبقاء على المدى الطويل.

حساسية الجهد لأجهزة الشحن نفسها.سوف يقوم الشاحن السريع بالتيار المستمر بخفض طاقة الخرج الخاصة به في اللحظة التي ينخفض ​​فيها جهد الإدخال إلى أقل من 90٪ من القيمة الاسمية. أمحول لمحطة شحن EVالبنية التحتية ذات المعاوقة غير الكافية أو نطاق الصنبور الصغير الحجم ينتهي بها الأمر إلى التسبب في المشكلة ذاتها التي كان من المفترض أن تحلها - جلسات شحن أبطأ والسائقون المزعجون يراقبون الساعة. إن جهد معاوقة المحول، عادة ما يكون 5-6% لوحدات فئة التوزيع، يشكل بشكل مباشر منحنى تنظيم الجهد تحت نمط التحميل النبضي هذا. تحديد مقاومة منخفضة جدًا وتيار الدائرة القصيرة يتجاوز تقييمات التروس؛ تحديد مرتفع جدًا وانخفاض الجهد تحت الحمل يقتل سرعة الشحن.

كيفية تحديد حجم محول لمحطة شحن EV الخاصة بك - ثلاثة سيناريوهات حقيقية

هذه هي الخطوة التي تنهار فيها معظم الجداول الزمنية للمشروع. ليس لأن شراء الشاحن أمر صعب، ولكن لأن حساب سعة المحول يقع على مكتب مهندس المرافق ولا ينجو من التدقيق. نرى ثلاثة أنماط مختلفة للتحجيم في الميدان.

شحن التيار المتردد من المستوى 2 - مواقف السيارات وأماكن العمل

تعمل محطة المستوى 2 بجهد 240 فولت تيار متردد، وتسحب 7.2-19.2 كيلووات لكل منفذ. بالنسبة لتركيب 20 منفذًا في حرم جامعي نموذجي للشركات، يبلغ إجمالي الحمل المتصل 384 كيلو فولت أمبير. قم بتطبيق عامل الطلب 0.6 - تسمح NEC 625.41 بذلك لوحدات EVSE المتعددة عندما تكون إدارة الحمل في مكانها الصحيح - وينخفض ​​حمل التصميم إلى 230 كيلو فولت أمبير تقريبًا. يتعامل المحول من النوع الجاف بقدرة 300 كيلو فولت أمبير مع تصنيف K-4 مع هذا بشكل مريح، مع وجود مساحة رأسية للتوسيع إلى 30 منفذًا.

المقياس الرئيسي في هذا المقياس ليس السعة القصوى. إنها كفاءة المحولات عند التحميل الجزئي، لأن محطات المستوى 2 تقضي 80% من ساعات عملها بين 15% و40% تحميل. ابحث عن وحدة ذات منحنى كفاءة مسطح أعلى من 98.5% من 35% حمل تصاعدي - الفرق بين منحنى الكفاءة 98.2% و98.8% عبر 6000 ساعة تشغيل سنوية يضيف إلى أموال حقيقية على مدار عمر الأصول البالغ 20 عامًا.

الشحن السريع بالتيار المستمر - 50–150 كيلووات

محطة مكونة من ستة أكشاك مزودة بشواحن مختلطة بقدرة 120 كيلووات: الحمل المتصل 720 كيلو فولت أمبير، عامل الطلب 0.7 (أعلى من المستوى 2 لأن جلسات التيار المباشر السريعة تميل إلى التجمع أثناء فترات الذروة)، الحمل التصميمي 504 كيلو فولت أمبير. يوفر 750 كيلو فولت أمبير [كائن كائن] بتصنيف K-13 وتبريد ONAN مساحة رأسية حرارية لجلسات شحن متتالية مدتها 30 دقيقة. تصنيف K-13 غير قابل للتفاوض عند مستوى الطاقة هذا - ستعمل الوحدات القياسية K-1 بدرجة حرارة أعلى بمقدار 15-20 درجة من لوحة الاسم تحت ملف التعريف التوافقي لستة مقومات نشطة، وستقوم الأداة المساعدة بالإبلاغ عن ارتفاع درجة الحرارة أثناء اختبار الشهود.

محاور شحن فائقة السرعة - 350 كيلووات فما فوق

هذه هي الحدود، والأعداد تتزايد بسرعة. ثمانية أكشاك بقوة 350 كيلووات لكل منها: 2800 كيلو فولت أمبير متصلة. حتى عند عامل طلب متحفظ يبلغ 0.5 - وهو أمر واقعي لممرات الطرق السريعة ذات أنماط حركة الأسطول - يصل إلى حمل تصميمي يبلغ 1400 كيلو فولت أمبير. يغطي محول واحد مغمور بالزيت بقدرة 2000-2500 كيلو فولت أمبير مع تبريد الهواء القسري (ONAF) الطلب الحالي والسنوات الثلاث إلى الخمس القادمة من نمو كهربة الأسطول.

وعلى هذا النطاق، تعد كفاءة المحولات أكبر بند منفرد في ميزانية التشغيل بما يتجاوز تكلفة الكهرباء نفسها. تبلغ تكلفة فجوة الكفاءة بنسبة 1% عبر 8000 ساعة تشغيل سنوية بسعر 0.12 دولار/كيلوواط ساعة حوالي 13400 دولار سنويًا. على مدار عمر الأصول الذي يبلغ 25 عامًا، تشتري هذه الفجوة نصف محول.

النوع الجاف مقابل الزيت المغمور: مطابقة نوع المحول لظروف الموقع

يحدد عدد الشاحن ومستوى الطاقة رقم السعة. تحدد بيئة التثبيت المادية تكنولوجيا المحولات التي تناسبها بالفعل.

هياكل مواقف السيارات الداخلية وتحت الأرض.قوانين مكافحة الحرائق في معظم الولايات القضائية - NFPA 70 في الولايات المتحدة، وIEC 60364 في المشاريع الدولية - تقيد أو تحظر تمامًا المعدات المملوءة بالزيت في مرافق انتظار السيارات المغلقة. المحولات من النوع الجاف من الراتنج المصبوب هي الخيار الافتراضي هنا. يتم إطفاء التغليف الإيبوكسي ذاتيًا، ولا ينتج عنه خطر تسرب الزيت، ويتعامل مع دورات الرطوبة والغبار في بيئات ركن السيارات دون أي تدهور. تنخفض وحدات Ryan المدمجة من النوع الجاف المزودة بمرفقات IP23 إلى الغرف الكهربائية القياسية دون انتكاسات التخليص التي تتطلبها الوحدات المملوءة بالنفط.

ساحات الشحن الخارجية - مواقع البيع بالتجزئة والطرق السريعة.هنا، تهيمن المحولات المثبتة على الوسادة. مغمورة بالزيت، ومجزأة، ومقاومة للتلاعب، ومصممة خصيصًا للمواقع التي يمكن الوصول إليها بشكل عام. إنها تتعامل مع السعات الأكبر (500-2500 كيلو فولت أمبير) التي تتطلبها محاور الطرق السريعة، كما أن تصميمها الأمامي يلبي متطلبات سلامة المرافق في كل ولاية أمريكية. يعمل عامل الشكل المثبت على اللوحة أيضًا على تبسيط مخطط الموقع إلى حد كبير: صب وسادة خرسانية، وضبط المحول، وإنهاء وحدات التغذية الثانوية بلوحة توزيع الشاحن. قام أحد المقاولين الكهربائيين الذين عملنا معهم في تكساس بإنهاء توصيل المحول إلى الشاحن الأول في أقل من أربعة أيام عمل باستخدام هذا التصميم.

ممرات الطرق السريعة فائقة السرعة.عندما تتطلب خطة الموقع وجود ثمانية أكشاك أو أكثر بقدرة 350 كيلووات، ينتقل المحول إلى منطقة فئة المحطات الفرعية: 2500-5000 كيلو فولت أمبير، مغمورة بالزيت، مع مبدلات صنبور عند التحميل لإدارة الجهد أثناء تقلبات الحمل الجامح التي تحدث عندما تسحب قافلة من الشاحنات الكهربائية في وقت واحد. تتطلب هذه الوحدات التنسيق مع فرق التخطيط والهندسة التابعة لمرفق الخدمة قبل أشهر من وصول المجرفة الأولى إلى الأرض. لا توجد مرافق توافق على التوصيل البيني بقدرة 5 ميجا فولت أمبير دون إجراء دراسة كاملة لتأثير النظام.

الربط البيني للشبكة: مفاوضات المرافق التي تأتي قبل كل شيء آخر

اختيار الأجهزة هو نصف المعركة. أما النصف الآخر فهو الحصول على توقيع المرافق المحلية على اتفاقية الربط البيني - وتبدأ تلك الساعة في التحرك مبكرًا عن ميزانية معظم مطوري المشاريع.

تحدد رسوم الطلب نموذج العمل.وفي أمريكا الشمالية أالبنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية التجاريةيدفع المشغل تكلفة ذروة الطلب (كيلوواط) - وهو أعلى متوسط ​​سحب مدته 15 دقيقة في شهر الفاتورة - بالإضافة إلى الطاقة المستهلكة (كيلوواط ساعة). تتراوح رسوم الطلب من 8 إلى 15 دولارًا أمريكيًا للكيلوواط في أسواق مثل كاليفورنيا والشمال الشرقي وأونتاريو. إن المحول ذو الحجم السيئ الذي يجبر الموقع على سحب ارتفاعات كبيرة في الطلب الفوري أثناء التجمع في ساعة الذروة يتحمل رسوم طلب يمكن أن تستهلك 30-40٪ من الإيرادات الشهرية للمحطة. إن تمرين تحديد حجم المحولات في القسم السابق ليس مجرد حساب هندسي - بل هو أكبر مدخل منفرد في النموذج المالي للمشروع.

إن الامتثال لمعايير IEEE 519 غير قابل للتفاوض في مكتب مراجعة المرافق.تتطلب المرافق في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوروبا الآن دراسات توافقية كجزء من تطبيق الربط البيني لأي منشأة تتجاوز 500 كيلووات من الحمل غير الخطي. أمحول شحن سريع بتيار مستمرمع اللفات ذات التصنيف التوافقي، وفي التركيبات الأكبر حجمًا، يحافظ المرشح التوافقي النشط على الجانب الثانوي على إجمالي تشويه الطلب (TDD) أقل من حدود 5-8٪ التي تفرضها المرافق. قم بتقديم الدراسة التوافقية إلى جانب طلب الربط البيني - حيث يؤدي ذلك إلى تسريع الجدول الزمني للمراجعة بمقدار أربعة إلى ستة أسابيع مقارنة بالتقديم بدون طلب.

تصحيح عامل الطاقة مدمج في المواصفات، ولم يتم تثبيته لاحقًا.تعمل أجهزة شحن التيار المستمر الحديثة بأكثر من 0.95 عامل طاقة عند التحميل الكامل، ولكن هذا الرقم ينخفض ​​إلى 0.85 أو أقل عند التحميل الجزئي - وهو المكان الذي تقضي فيه المحطات معظم ساعات عملها. مواصفات المحول التي تتضمن تصحيح عامل الطاقة المتكامل (أو بنك المكثفات المصمم عند الشراء بدلاً من تحديثه وتحديثه بعد التشغيل) تتجنب فرض غرامات شهرية وتحرر سعة كيلو فولت أمبير التي يمكن أن تخدم أكشاك شحن إضافية دون تكبير حجم المحول.

كيف تدعم شركة Ryan Electric مشاريع البنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية

عندما جاء إلينا أحد مطوري شبكات الشحن في كاليفورنيا بموقع مقيد بمساحة ارتفاق مرافق بعرض 30 قدمًا ونافذة بناء لمدة 12 أسبوعًا، لم تقدم وحدات الكتالوج القياسية من الشركات المصنعة المحلية أي شيء يناسب كلا القيدين. لقد صممنا محولًا مخصصًا مثبتًا على لوحة بقدرة 1000 كيلو فولت أمبير مع مساحة أقل، وملفات مصنفة K-13 مطابقة للملف التوافقي لشواحنها بقدرة 120 كيلووات، ومدة زمنية للتصنيع تتوافق مع الجدول الزمني للإنشاء - وليس المدة السائدة في الصناعة والتي تتراوح بين 16 إلى 20 أسبوعًا.

تأتي هذه المرونة من إدارة مصنع يتم فيه تصنيع النوى واللفائف والمرفقات تحت سقف واحد. بالنسبة لمشاريع [الكائن]، يعمل فريقنا الهندسي وفقًا لمواصفات الشاحن الخاصة بالعميل وتخطيط الموقع لإنتاج ورقة بيانات المحول - وليس صفحة كتالوج المخزون - في غضون ثلاثة أيام عمل من استلام قائمة التحميل.

كيف يبدو هذا بالنسبة لمشروع البنية التحتية للمركبات الكهربائية:

• مدرج في قائمة UL وCSAالمحولات، المقبولة من قبل المرافق في أمريكا الشمالية دون الحصول على شهادة ميدانية إضافية

• وحدات من النوع الجاف من الراتنج المصبوب المضغوط لمواقف السيارات تحت الأرض والمغلقة، حيث تستبعد قوانين مكافحة الحرائق استخدام المعدات المملوءة بالزيت

• محولات مثبتة على وسادة مصنفة بعامل K- K-4 حتى K-20 - مصمم خصيصًا للبيئة التوافقية للشحن السريع بالتيار المستمر

• يتم شحن الوحدات القياسية خلال 8-10 أسابيع. وحدات مصممة خصيصًا خلال 10-14 أسبوعًا للمشاريع ذات الجداول الزمنية المضغوطة

احصل على مواصفات المحول لمشروع محطة الشحن الخاصة بك

مواصفات المحول التي لا تأخذ في الاعتبار الملف التوافقي وعامل الطلب وقيود الموقع الفعلي لمحطة الشحن المحددة الخاصة بك ستصل إلى مكتب مراجعة المرافق - وسيتم إرسالها مرة أخرى. يكلف العمل الهندسي على الواجهة الأمامية بضع ساعات من الحسابات المركزة. التأخير الناتج عن الخطأ يكلف أشهرًا من قسيمة الجدول الزمني ووقوف المقاول على أهبة الاستعداد.

هل تخطط لمشروع شحن المركبات الكهربائية في أمريكا الشمالية أو الشرق الأوسط أو جنوب شرق آسيا؟أرسل لنا عدد أجهزة الشحن ومستوى الطاقة لكل وحدة وتخطيط الموقع. يقوم فريقنا الهندسي بإرجاع توصية بحجم المحولات وعرض الأسعار التجاري خلال ثلاثة أيام عمل.

→ اتصل بفريق البنية التحتية لشركة Ryan Electric EV