电动汽车充电设施典型设计

ICS

备案号：

Q/GDW

国家电网公司指导性技术文件

Q/—

电动汽车充电设施

典型设计

Typicaldesignsofelectricvehiclechargingfacilities

（送审稿）

2010xx发布2010xx实施

中华人民共和国国家电网公司发布

前言

根据国家电网公司电动汽车推广应用的需要，为保证电动汽车供充电基础设施建设的规

范化和标准化，特编制本指导性技术文件。

本指导性技术文件是国家电网公司电动汽车充电设施系列文件之一，根据《国家电网公

司电动汽车充电设施建设指导意见》和电动汽车充电设施相关技术标准，按照“统一标准、

统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”的原则编制完成。

本指导性技术文件由国家电网公司营销部提出。

本指导性技术文件由国家电网公司科技部归口。

本指导性技术文件起草单位：国家电网公司电力科学研究院。

本指导性技术文件参与起草单位：中国电力科学研究院

本指导性技术文件的主要起草人：贾俊国、朱金大、张浩、倪峰、李武峰、武斌、樊军

德、赵明宇、王刚、孙广明、汪映辉、陈良亮、周斌、桑林、丁希辰、赵大伟。

国家电网公司电动汽车充电设施典型设计

1范围

本典型设计编制了三类电动汽车充电设施的典型设计方案，提供了充电设施设计和建设

过程中的设备选型、配置方法，为充电设施的建设提供具体的设计参考，在实现充电设施基

本功能的同时，提高充电设施的智能化、自动化水平，达到无人或少人值守运行，实现充电

设施经济、安全、高效运行，展示国家电网公司良好企业形象的目的。

本典型设计内容包括交流充电桩、立体充电站和平面充电站的设计。

交流充电桩的设计主要包括交流充电桩的技术条件、功能、标识和设备选型等内容。

立体充电站设计主要对三种立体充电站的车位布置、配电系统、监控系统、计量计费系

统、充电操作方式和标识等进行了设计。

平面充电站的设计根据场地大小、配电容量、充电机数量等条件，做出了大、中、小共

三种类型的典型设计，同时进行了平面充电站各个子系统的设计，主要包括配电系统、充电

系统、监控系统、计量计费系统、标识系统以及建筑、结构、给排水等其它辅助专业的设计。

同时，提供了充电机、有源滤波无功补偿装置等主要设备的选型方法。

本典型设计适用于国家电网公司系统内电动汽车充电设施的建设。

2规范性引用文件

本设计工作主要参照以下国家、行业、企业的标准、规范和指导意见等开展。

2.1电动汽车相关技术标准

GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》

GB/T18487.1-2001《电动车辆传导充电系统一般要求》

GB/T18487.2-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求》

GB/T18487.3-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机（站）》

GB/T19596-2004《电动汽车术语》

GB/T20234-2006《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要

求》

QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》

Q/GDW233-2009《电动汽车非车载充电机通用技术要求》

Q/GDW234-2009《电动汽车非车载充电机电气接口规范》

Q/GDW235-2009《电动汽车非车载充电机通信规约》

Q/GDW236-2009《电动汽车充电站通用要求》

Q/GDW237-2009《电动汽车充电站布置设计导则》

Q/GDW238-2009《电动汽车充电站供电系统规范》

YD/T1436-2006《室外型通信电源系统》

《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》[国家电网营销（2009）1561号]

2.2电气技术标准

GB50052-95《供配电系统设计规范》

GB50053-94《10kV以下变电所设计规范》

GB50054-95《低压配电设计规范》；

GB50055-93《通用用电设备配电设计规范》

GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》

GB12326-2000《电能质量电压波动和闪变》

GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》

GB/T17215.211-2006《交流电测量设备通用要求、试验和试验条件》

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GB/T17215.322-2008《静止式有功电能表0.2S级和0.5S级》

SDJ6-83《继电保护和安全自动装置技术规程》

DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》

DL/T856-2004《电力用直流电源监控装置》

JB/T5777.4-2000《电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求》

JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》

《电力系统继电保护规定汇编》（第二版）

2.3土建技术规范

GB50003-2001《砌体结构设计规范》

GB50007-2002《地基基础设计规范》

GB50009-2001《建筑结构荷载规范》

GB50010-2002《混凝土结构设计规范》

GB50011-2001《建筑抗震设计规范》

GB50016-2006《建筑设计防火规范》

GB50017-2003《钢结构设计规范》

GB50034-2004《建筑照明设计标准》

GB50037-96《建筑地面设计规范》

GB50345-2004《屋面工程技术规范》

GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》

GB50067-97《汽车库，修车库，停车场设计防火规范》

GB50202-2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》

GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》

GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》

GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》

JGJ50-2001《城市道路和建筑物无障碍设计规范》

JGJ100-98《汽车库建筑设计规范》

2.4给排水设计规范

GB50013-2006《室外给水设计规范》

GB50014-2006《室外排水设计规范》

GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

GB50084-2001《自动喷水灭火系统设计规范》

GB50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》

GB/T50106-2001《给水排水制图标准》

2.5监控系统

IEC60870《远动设备及系统》

IEC61850《变电站通信网络和系统》

IEC61968《配网管理系统接口》

GB2887-2000《计算机场地技术条件》

GB/T13729-2002《远动终端通用技术条件》

GB/T13730-2002《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》

DL451-91《循环式远动规约》

《配电系统自动化规划设计导则》（试行）

《配电自动化及管理系统功能规范》

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2.6视频监控系统

ISO/IEC14496-2《MPEG4视音频编解码标准-视听对象的编码》

ITU-TH.323《网络电视电话系统和终端设备标准》

ITU-TH.263《视音频编解码标准》

CCITTG.703《脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准》

GB2423.10-2008《电工电子产品基本环境试验规程》

GB12322-1990《通用型应用电视设备可靠性试验方法》

GB4798.4-2007《电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用》

GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》

GB12663-2001《防盗报警控制器通用技术条件》

GBJ115-87《工业电视系统工程设计规范》

3术语和定义

交流充电桩（ACchargespots）：

指固定在地面，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能，提供人

机操作界面及交流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。

非车载充电机（off-boardcharger）：

指采用传导方式将电网交流电能变换为直流电能，为电动汽车动力电池充电，提供

人机操作界面及直流接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。非车载充电机主要由

交直流变换和直流输出控制两部分构成，分为一体式和分体式两种。

一体式充电机（integratedcharger）：

指交直流变换和直流输出控制两部分结合成一体的非车载充电机。

分体式充电机（splitcharger）：

指交直流变换和直流输出控制两部分分立组成的非车载充电机，它们之间通过电缆

连接组成一套完整的充电机。

整流柜（rectifiercabinet）：

指分体式充电机中完成交直流变换的部分，它一般以标准机柜形式提供。

直流充电桩（DCchargespots）：

是分体式充电机的一部分，固定在地面，提供人机操作界面及直流输出接口的装置。

电池管理系统（BMS，batterymanagementsystem）：

监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），对蓄电池系统充电、放电过程进行

有效管理，保证电池安全运行的电子装置。

4充电设施典型设计

4.1交流充电桩典型设计

4.1.1概述

交流充电桩一般系统简单，占地面积小，操作方便，可安装于电动汽车充电站、公共停

车场、住宅小区停车场、大型商场停车场等场所，使用简便，是重要的电动汽车充电设施。

4.1.2交流充电桩分类

常用交流充电桩可分为一桩一充式、一桩双充式以及壁挂式。

一桩一充式交流充电桩只提供一个充电接口，适用于车辆密度不高的室内和路边停车

位；一桩双充交流充电桩提供两个充电接口，可同时为两辆车充电，适用于停车密度较高的

停车场所；壁挂式交流充电桩提供一个充电接口，适用于地面空间拥挤、周边有墙壁等固定

建筑物的场所，例如地下停车场。

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一桩双充式交流充电桩的两个充电接口的配电、保护测控和人机操作接口等均独立提

供；壁挂式交流充电桩的功能和一桩一充式交流充电桩相同，仅其外观和安装方式和一桩一

充式交流充电桩不同，一般安装在墙壁等固定建筑物上。由于这三种充电桩的功能模块都相

同，所以在本典型设计中将不对一桩双充式交流充电桩和壁挂式充电桩进行详细说明，下文

中提到的交流充电桩如无特别说明，均指一桩一充式交流充电桩。

4.1.3交流充电桩技术指标

a)交流充电桩应满足《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》中对交流充电装置

技术指标的要求；

b)本设计中交流充电桩每个充电接口提供AC220V、16A/32A的交流供电能力；

c)交流充电桩在室外环境应用时，其IP防护等级为IP54，并设置必要的遮雨设施。

4.1.4交流充电桩功能规范

a)具备对充电桩运行状态的综合测控保护能力如运行状态监测、故障状态监测、充电计量

和充电过程的联动控制、短路保护、过流保护等。

b)设置指示灯、数码管显示器或触摸屏，显示运行状态。

c)设置急停开关、操作按键等必需的操作接口。

d)配置交流智能电能表，进行交流充电计量。

e)设置刷卡或投币机，支持IC卡或投币等付费方式，并可配置打印机，提供票据打印功能。

f)具备过/欠压报警、充电接口的连接状态判断、联锁等功能。

g)提供完善的通讯功能，可根据需要上传交流充电桩的运行状态参数，接受远程控制命令。

h)交流充电桩的电气系统图参见附图《电动汽车交流充电桩典型设计方案图》。

4.1.5交流充电桩标识设计

交流充电桩整体形象应符合国家电网公司标识系统的一般要求。考虑到交流充电桩的使

用环境，应有明显的发光指示，确保夜间使用易于查找和辨别。交流充电桩的设计实例如下：

图4.1设计效果图

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图4.2街景效果图

图4.3夜景效果图

本设计采用国网绿作为交流充电桩的主色调，正面突出国家电网公司标识，形象比较鲜

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明；

顶部设置发光条，指示充电桩的运行状态，同时具有较好的引导作用。正面采用背光处

理，在夜间能很好地突出国家电网公司的标识；在户外应用时选配遮雨设施。

4.1.6交流充电桩的选型

本设计中，提供简易交流充电桩和标准充电桩两种选型，在满足上述技术条件和功能规

范的同时，其它可选部分见表4.1。

表4.1交流充电桩选型表

按键方式显示方式结构形式打印接口背光照明远程控制

简易充电桩防水按键数码荧光管钣金结构无无无

标准充电桩触摸屏液晶屏钣金+注塑有有有

结构

4.2立体充电站典型设计

4.2.1概述

立体充电站一般通过在人口密集的居民区和商业区新建或改造占地面积小、空间利用率

高的立体停车库，并配备相应的充电设备实现电动汽车充电功能，是解决土地资源紧张和电

动汽车日益增多的矛盾的一个良好方案。

立体充电站设计主要包括停车位布置设计、配电系统设计、监控系统设计、计量计费系

统设计、车辆充电操作方式设计和标识设计等几个方面。

4.2.2立体充电站方案设计

立体充电站的设计思路是结合各种类型的立体停车库的具体特点，在停车位上安装充电

设备，解决停车位上车辆的充电问题。其技术难点在于如何解决电源系统的安全可靠接入（尤

其是对于机械式活动停车位）以及监控、计费的实现方式。

4.2.2.1立体充电站选型分析

目前常见的汽车立体停车库主要有自行式立体停车库和机械式立体停车库两大类。机械

式立体停车库又分简易叠式停车设备、简易升降式停车设备、垂直循环式（或称塔式）停车

设备、升降横移式停车设备、多层循环式停车设备、垂直升降式（或称电梯式）、升降移动

式停车设备、巷道式停车设备等。其中，升降横移式在停车设备的市场份额约占70%，简易

升降式约占5～8%，垂直循环式约占3%～5%，垂直升降式约占3%～4%，多层循环式约占1%～

2%。针对各类立体停车库的特点，并结合立体充电站的设计思路，做出以下方案分析。

简易叠式停车设备：由于其上层车辆进出必须挪动下层车辆，因此不适用于建设立体充

电站。

简易升降式停车设备：此类停车位虽然可以相对容易地布置充电设备，但由于停放车辆

较少，且多用于小区分散布置，并不适合用于建设立体充电站。

垂直循环式、多层循环式、升降移动式停车设备和巷道式停车设备由于其机械运动距离

较长、造价高及其应用数量较少等问题也不适合作为立体停车充电站的停车方式选型。

根据以上分析结果可以考虑以下三种方式作为立体充电站的备选方式。

自行式立体充电站：采用自行式立体停车场，与普通地面停车场类似，车辆通过专用车

道上下楼层，自行停放。此种方式的立体充电站可采用在停车位后部装设固定充电接口，配

电、监控系统套用普通电动汽车充电站的应用方案进行设计和建设。

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图4.4自行式立体停车库

升降横移式机械立体充电站：基于升降横移式机械立体停车库，此种停车设备目前广泛

应用于各种室内、室外停车库设计中，由于其车位排列方式简单，空间利用率高，且车位移

动范围小，利于软导线连接，故可以作为立体充电站的一个较佳选择。

图4.5升降横移式机械立体停车库

垂直升降式机械立体充电站：基于垂直升降式机械立体停车库，该方式的停车库主要应

用于土地资源紧缺的市中心商业繁华地区，其特点是占地面积最小，空间利用率最高。此种

类型机械立体停车库可通过简单地改造即可实现为电动汽车提供充电电源，快速经济地完成

立体充电站的建设。因其一般处于繁华地区，具有良好的社会形象展示和宣传作用。

4.2.2.2几种典型立体充电站设计方案

a)自行式立体充电站设计方案

本方案中停车场地选用自行式立体停车库。由于此类停车库与普通地面或地下停车场类

似，区别仅在于自行式停车库是多层布置。因此此种类型的充电站可简单地在每个停车位相

应位置设置交流充电桩，也可根据需要在部分指定车位配置少量35kW非车载充电机，实现

快充。配电系统、监控系统及安防系统可参考平面充电站的设计方案进行设计。

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b)升降横移式立体充电站设计方案

图4.6升降横移式立体停车库

本典型设计方案采用5层配置的升降横移式机械立体停车装置作为一个立体充电单元，

可停放11辆电动乘用车。其中10个停车位安装AC220V、16A/32A交流充电桩，下层一个车

位安装35kW非车载充电机。一套立体充电站可根据情况由多个立体充电单元构成。

1)停车位供电设计

在每个停车位后部设置一个挡车杆，在挡车杆后部设置充电接口，提供交流220V或直

流充电电源。充电接口和交流控制柜(或整流柜)之间采用软导线连接，软导线长度根据升降

横移式停车设备的特点预留，在车位移动的所有可能路径上，软导线均可灵活缩放。如果停

车库布置在室外，充电接口需按IP56防护等级进行设计。

详见《升降横移式立体充电站结构示意图》。

2)配电系统设计

本方案配电系统设计中，根据配置的充电单元数量估算配电总容量。考虑到此类停车设

施主要配备在居民小区等处，同时充电的概率较高，在计算配电容量时，同时系数应取高值。

配电系统采用低压配出，配电柜集中设置，同时设置计量装置以完成交流计量。因直流充电

机数量较少，可不配置有源滤波及无功补偿设备。

3)监控系统设计

本方案采用集中设置的充电监控系统，采用1台计算机作为监控后台，监控后台基本功

能详见5.3.2.2节，另外监控后台还应与立体停车控制系统联动控制，采集车辆进出、停放

位置等运行情况，为充电设备的工作提供联动控制信号。监控系统除采集配电系统的信号量

和测量量外，还需采集各个停车位的充电电量信息作为收费依据。

安防系统设计详见5.3.4节。

4)车辆充电操作方式

当车辆驶入一层停车位后，由驾驶人员或操作工将车辆与充电接口连接，操作人员控制

车辆就位，然后在控制室遥控投入交流充电电源或开启直流充电机。当车辆移出车位时，充

电监控系统自动遥控相应车位的充电设备，切断该路充电电源，同时给出指示信号，提示收

费信息等。

5)标识设计

立体充电站需在显著位置设置国家电网公司标识，车库入口处设置充电站标识牌。

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图4.7升降横移式立体充电站标识设计

c)垂直升降式立体充电站设计方案

图4.8垂直升降立体停车的方式

本方案采用垂直升降立体停车的方式。垂直升降立体停车方式类似于电梯的工作原理，

在提升机的两侧布置车位，中间为载车台升降井道，通过载车台和横移装置，将入库的汽车

送入停车架或将已存于各车位的汽车取回地面。一般地面需一台汽车旋转台，可省去车辆调

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头的操作。此种方式适合于人流密集的商业区使用，一般高度较高，可以停放的车辆数量也

较多。使用此类车位车辆的流动性一般高于置于小区的停车库，可安装一定数量的直流充电

机以满足快充的需求。

1)停车位供电设计

由于停车位在车辆停放时会做180度旋转，因此在左侧停车台车辆进入方向的右后方及

左前方外侧，右侧停车台车辆进入方向的左后方和右前方外侧各设置两组充电接口，充电接

口与滑触线的集电器连接，集电器固定在停车盘上，同时在每个停车位的后方位置设置滑触

线，滑触线由交流控制柜(或整流柜)供电。这样当车辆经过驶入、旋转、提升、就位几个过

程后，集电器自动与滑触线连接，完成充电电源的接入。

对于提供直流充电的车位，需同时设置信号滑触线，用于车辆和充电机之间的信号连接。

2)配电系统设计

此方案配电系统设计与升降横移式立体充电站配电系统设计类似，区别仅是在采用多台

直流充电机时，可根据计算考虑增加有源滤波及无功补偿设备，完成谐波抑制和无功补偿。

3)监控系统设计

参照升降横移式立体充电站监控系统设计方案。

4)车辆充电操作方式说明

在车辆未驶入前，由升降机升至某一指定空车位，将停车台平移至吊装台，降至地面。

车辆驶入停车台停于指定位置后，由操作工将车辆后方的充电接头和车辆可靠连接，然后启

动升降机将车辆提升至停车位，用横移装置将停车台和车辆一起移入停车位，同时集电器与

滑触线可靠连接。充电站监控系统在停车动作完毕后控制充电机开始为车辆提供充电电源。

取车过程与停车过程相反，当车辆启动取车过程时，充电站监控系统首先控制充电机切

除充电电源，横移装置将车辆连同停车台移至吊装台，升降机将车辆降至地面，停稳后，操

作员取下充电接头，驾驶人员将车辆驶出。

5)标识设计

在垂直升降式立体充电站建筑物外部设立明显的国家电网公司标识，车辆进出口处设立

充电站标识牌。

图4.9垂直升降式立体充电站标识设计

4.3平面充电站典型设计

根据场地大小、配电容量、充电机数量等条件，做出了大、中、小共三种类型平面电动

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汽车充电站的典型设计。

4.3.1大型充电站设计

a)占地约1700～2000平方米（不同布置方法占地面积稍有不同）；

b)设置一幢综合办公室和其它相关辅助设施；

c)配备8台充电机（2台DC500V/400A大型充电机，4台DC500V/200A中型充电机，2台

DC350V/100A小型充电机）和4台交流充电桩；

d)预留换电池方式的设备安置和运行空间；

e)配电系统采用10kV双路常供，单母线接线方式，配变采用低损耗节能型变压器，0.4kV

侧采用单母线分段接线方式，两段母线之间设分段联络柜，并设有源滤波无功补偿设备，减

少充电站对电网的污染；

f)配备计量计费系统，配备完善的充电站监控系统，设置配电监控、充电机监控和安防监

控系统，实现大型充电站的无人或少人值守运行。

具体设计参见附件《电动汽车大型充电站典型设计方案图》。

4.3.2中型充电站设计

a)占地约1000平方米；

b)设置一幢综合办公室和其它相关辅助设施；

c)配备4台充电机（2台DC500V/200A中型充电机，2台DC350V/100A小型充电机）和4

台交流充电桩；

d)配电系统采用10kV单路常供，单母线接线方式，配变采用低损耗节能型变压器，0.4kV

侧采用双路进线（一主一备），单母线接线方式，并设有源滤波无功补偿设备，减少充电站

对电网的污染；

e)配备计量计费系统，配备完善的充电站监控系统，设置配电监控、充电机监控和安防监

控系统，实现中型充电站的无人或少人值守运行。

具体设计参见附件《电动汽车中型充电站典型设计方案图》。

4.3.3小型充电站设计

a)占地面积约50～100平方米；

b)设置1～2台小型充电机（DC350V/100A）和2～3台交流充电桩，根据因地制宜原则进行

场地布置；

c)采用0.4kV供电，配备计量计费系统，可根据需要选配充电站监控系统和安防监控系统，

就近布置于附近建筑中。

具体设计参见附件《电动汽车小型充电站典型设计方案图》。

5平面充电站子系统设计

5.1配电系统设计

5.1.110kV配电系统配置原则

根据《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》的要求，大型充电站进线电源采

用10kV双路供电，10kV侧采用单母线接线方式，不设分段开关。高压柜采用真空断路器中

置式开关柜，设进线计量柜、PT及避雷器柜、出线柜。

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图5.1大型充电站配电系统图

中型充电站进线电源采用10kV单路供电，10kV侧采用单母线接线方式。高压柜采用真

空断路器中置式开关柜，当负荷容量小于400kVA时，也可使用负荷开关以减少投资。设进

线计量柜、PT及避雷器柜、出线柜。

图5.2中型充电站配电系统图

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5.1.2配电系统主要设备选型原则

5.1.2.1配电变压器类型选择

根据目前电动汽车充电站负荷变化大、空载时间长的特点，建议选用干式低损耗节能型

变压器。

5.1.2.2配电变压器容量选择

配电变压器容量（SN）选择主要根据充电站内充电机的输入容量(用S表示,根据充电

机的输出功率（P）进行折算)、充电机数量（N）、充电机同时系数（Kx）及变压器最佳负

荷率（βm），功率因数（cosϕ）决定。

考虑到充电站配电系统安装了有源滤波无功补偿装置，cosϕ可以达到0.95，充电机容

量折算采用如下简易算法：

S=P/(cosϕ*η)（5.1）

式（5.1）中，η为充电机工作效率，高频开关整流充电机取0.95，相控整流充电机取

0.85。

配电容量为：

S=K*(S+S)/β

Nx∑em（5.2）

充电机同时系数（Kx）由充电机使用情况和数量决定，取值范围0.5～0.8。

βm为变压器最佳负荷率，取0.8。

Se为除去充电机外充电站内其它设备用总负荷容量，包括照明、办公用电负荷等。

5.1.2.3高压开关选择

10kV开关柜采用中置式开关柜，内配真空断路器；如需降低造价成本，小于400kVA配

电容量时可考虑选用负荷开关。

5.1.30.4kV系统设计

根据《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》，对于大型充电站0.4kV侧采用

单母线分段接线方式，设进线柜、有源滤波无功补偿柜、出线柜，两段母线之间设分断联络

柜。

中小型充电站0.4kV侧采用双路进线（一主一备），单母线接线方式，设进线柜（带计

量）、有源滤波无功补偿柜、出线柜，备用电源进线柜（带计量）。

开关柜：根据出线断路器的容量，出线柜采用抽屉柜或固定式开关柜。额定工作电流

630A及以下的断路器，采用普通塑壳断路器，并采用抽屉式安装；额定工作电流630A以上

的断路器，采用框架断路器。

断路器数量选择：每台直流充电机独立设置一路出线断路器，4～6台交流充电桩设置

一路出线断路器，充电站内用电回路设置一路出线断路器，通过站内交流配电箱分别给站内

照明、空调、风机、插座等设备供电。

断路器配置辅助触点和报警开关，以便和综自系统配合工作。

低压配电线路敷设：低压配电柜、充电机（整流柜、直流充电桩）、交流充电桩之间采

用YJV系列电力电缆在电缆沟内敷设；综合办公室内采用BV导线穿管暗敷。

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接地系统：采用变压器中性点直接接地系统，采用TN-S接地方式，接地电阻不应大于

4欧姆。

5.1.4有源滤波及无功补偿装置(APF)设计

5.1.4.1有源滤波及无功补偿容量计算方法

在电动汽车充电站的设计中，有源滤波及无功补偿装置的容量的计算方法如下：

1)确定补偿容量

补偿容量计算方法为：

N1N2N3

（）

S补=KxK1∑η1ξ1S1+K2∑η2ξ2S2+K3∑η3ξ3S3（5.3）

M=1M=1M=1

式（5.3）中，S补表示需要补偿的容量，Kx为整体修正系数，需根据计算分析结果

和实际测定情况综合决定，一般选择0.5～0.8。

Ki(i=1,2,3)分别表示大、中、小型充电机可靠系数，一般取1.05～1.20；

ηi(i=1,2,3)分别表示大、中、小型充电机的充电效率；

ξi(i=1,2,3)分别表示大、中、小型充电机在交流电源输入端产生的谐波电流含有率（取

输出电压范围内的最大值）；

Si(i=1,2,3)分别表示大、中、小型单台充电机功率。

2)进行有源滤波装置的选择

根据确定的补偿容量，在兼顾经济性和实用性的前提下，选择有源滤波装置的容量和数

量。

3)确定功率因数补偿参数

按功率因数补偿到0.95的目标，计算需要的无功补偿容量，确定电容器的容量和组数。

5.1.4.2平面大、中型充电站有源滤波容量计算

本典型设计中，平面大、中型充电站的充电机配置如下表：

表5.1平面大、中型充电站配置

大型充电机中型充电机小型充电机

DC500V/400ADC500V/200ADC350V/100A

大型充电站2台4台2台

中型充电站无2台2台

按照谐波补偿率大于80%、补偿低于25次的谐波设计，根据5.1.4.1节的计算方法，

大型站计算参数选取如下：

谐波电流含有率取0.3,

谐波电流含有率补偿目标取0.05，

整体修正系数取0.75，

可靠系数均取1.1,

充电效率均取0.85；

中型站计算参数选取如下：

谐波电流含有率取0.3，

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谐波电流含有率补偿目标取0.05，

整体修正系数取0.8，

可靠系数均取1.1，

充电效率均取0.85。

据公式（5.3），将大、中型充电站的补偿容量计算结果列于下表。

表5.2平面大、中型充电站补偿容量

计算补偿容量(kVA)补偿装置配置

大型充电站187.23配置2台120kVAAPF装置

中型充电站60.59配置1台80kVAAPF装置

5.2充电系统设计

电动汽车充电方式可分为整车充电方式和更换电池方式两种。整车充电是指不拆卸电

池，直接对车辆充电；更换电池方式是指通过更换电池快速实现电动汽车能量补给的方式。

5.2.1整车充电方式

5.2.1.1设计方法

整车充电系统的设计，按如下步骤进行：

第一、了解充电站建设的规模和运行方式

在进行充电系统设计时，首先应明确了解充电站计划服务的电动汽车的数量、类型、充

电站场地的大小；

了解充电站的运行方式，如快速、平面充电的电动汽车的数量，具有车载充电机的电动

汽车数量，电动汽车充电轮换方式等。

第二、了解电动汽车充电相关的详细技术参数

详细了解电动汽车的电池容量、电池只数、BMS类型、允许的最大充电电流等；具有车

载充电机的电动汽车输入功率、输入配电要求等；

第三、确定充电机的技术参数和数量

根据电动汽车电池参数和充电速度的要求，确定充电机的输出电压范围和最大输出电

流，由此选择充电机的型号。具体参见5.2.1.2节。

根据预计服务的电动汽车数量、充电速度、充电轮换方式、发展情况、建设投入情况以

及充电站场地等，决定站内配置充电机的数量。

5.2.1.2充电机的选型

a)技术路线选择

目前主要有相控整流和高频开关整流两种整流模式。

相控整流模式单机功率大，易于实现大电流、高电压充电，可靠性高，技术成熟，性价

比高，易于维修，适用于大功率的充电机，但有一定的谐波干扰。

高频开关整流模式系统效率高，体积小，谐波干扰小，可采用多模块并机工作模式，多

模块自主均流，在线插拔，多机热备份工作，体积小，系统可靠性高，适用于中小型功率的

充电机。

b)充电机的选型方法

充电机的选型按如下步骤进行：

第一、根据电动汽车电池组的特性及数量，确定最高充电电压；

第二、根据车载电池组的容量和对充电速度的要求，并且根据供电能力和设备性价比，

在确保安全、可靠，不影响设备正常工作的情况下确定最大充电电流。一般按电池容量的

0.2C～1C选择；

第三、在确定最高充电电压和最大充电电流后，首先根据最高充电电压选择充电机，充

电机的输出电压应能满足电池组最高充电电压要求；然后选择充电机的输出电流应满足大于

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0.2C的要求，并可根据充电速度的要求选择更大的充电电流。

例如：假设某电动汽车采用的是100只300Ah的磷酸铁锂电池串接的电池组，则给其充

电的充电机参数按如下选择：

充电机的最大充电电压为电动车上装载的电池只数乘以单体电池的最高充电电压，即充

电机的最高充电电压为100×3.9=390V；

充电机充电电流按0.2C～1C选择，充电电流值范围为60～300A；

则可选择中型充电机(500V/200A)，可满足对此电动汽车的正常充电和一定程度的快速

充电要求。

第四、充电机的通讯协议应满足国家电网公司Q/GDW235-2009《电动汽车非车载充电

机通讯协议》的要求。

c)充电机模块化配置

本典型设计提供如下几种基本型号的充电机：

1)大型充电机单台最大功率200kW，输出电压范围DC300～500V，最大输出电流400A，

占用两个800×800×2260mm的标准机柜空间；

2)中型充电机单台最大功率100kW，输出电压范围DC300～500V，最大输出电流200A，

占用一个800×800×2260mm的标准机柜空间；

3)小型充电机由高频开关电源模块并机组成，单台电源模块最大输出功率8.75kW，

输出电压范围DC150～350V，最大输出电流25A，两台占用一个800×800×2260mm

的标准机柜空间。

设计选用时，根据充电机的输出参数要求，同型号充电机可以多个并联工作，提高输出

功率。例如：

两个大型充电机并联工作，形成输出功率400kW，输出电压范围DC300～500V，最大输

出电流800A的设备。

四个高频开关电源模块并联工作，形成一个输出功率35kW，输出电压范围DC150～350V，

最大输出电流100A的小型充电机。

5.2.2更换电池方式

为实现电动汽车快速补充电能，减少电动汽车在充电站内的等待时间，可采取更换电池

的方式实现电动汽车的电能补充。电动汽车充电站作为大功率用电负荷，如任由其无约束地

使用，会增大电网调峰的困难，对电网带来冲击。采用更换电池的方式，由充电站统一合理

安排时段对更换下来的电池组进行充电，可对电网的削峰填谷起到辅助作用。

5.2.2.1设计方法

为实现更换电池方式运行，需在充电站内设置电池充电间，配置电池充电架和充电机以

及电池更换设备（如叉车或换电池机器人等）。目前电动汽车电池组的标准和参数不统一，

这是充电站换电池方式运行面临的主要障碍。在设计更换电池方式的充电系统时，需首先明

确将要服务的电动汽车的电池组参数，围绕某一种或某几种电动汽车电池组，按如下步骤进

行：

第一、了解充电站以更换电池方式服务的电动汽车的数量、备用电池数量、电池组运营

周转要求等情况；

第二、明确以更换电池方式服务的电动汽车的电池组参数，主要包括：电池组容量、电

池类型、电池箱数目、每箱电池只数、电池箱电池监控单元类型、电池箱的尺寸、重量等；

第三、根据电池箱的尺寸、单辆电动汽车电池箱的数目等参数选择电池充电架；

第四、根据电动汽车电池组的相关参数，按一辆电动汽车所有电池箱串联充电的方式，

参照5.2.1.2节的方法选择充电机的型号；

第五、根据电动汽车数量和充电站运营要求，确定电池充电架和充电机的数量。

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5.2.2.2更换电池设备选择

支持更换电池方式运行的充电站除需配备充电机外，还需配置电池箱、充电架、电池

更换设备等装置。

电池箱一般根据电动汽车的不同需求进行模块化配置，电池箱内需配置电池监控单元和

标准充电接口，以便于和充电架上的充电端子进行连接。电池箱的尺寸、箱内电池只数、电

池容量等随电动汽车的不同而不同。

电池充电架一般设计成多通道多层立体结构，每层由多个独立充电模块组成（每层可

放置的充电模块个数根据单辆电动汽车电池箱数目确定），每个充电模块可以直接与充电站

监控系统通讯，用于接受监控系统发送的充电控制指令。充电架内设置电池箱抽屉，通过充

电端子和电池箱连接；设置工作、实验和分离三个明显的工作位置，确保电池箱使用时的安

全；充电模块与电池箱内电池监控单元通信，获取各电池单体数据；设置散热风道，确保电

池充电温度控制在合理范围内。

电池更换设备可选择叉车或专用电池更换机器人等，用于更换电动汽车上的电池箱并运

送到指定地点存放或放置到电池充电架上。

5.3监控系统设计

5.3.1系统概述

充电站监控系统作为充电站自动化系统的核心，主要包括充电站监控后台、充电机控

制系统、配电系统监控、计量计费系统、安防系统及通信管理机等。其结构如图5.3所示。

图5.3监控系统结构示意图

充电站监控后台主要完成采集、处理、存储来自充电机及配电系统监控的数据，提供图

形化人机界面及语音报警功能，完成系统的数据展现及下发控制命令，用以监控充电机及配

电系统的运行；除配电站监控SCADA功能外，还提供针对充电站系统的诸如智能负荷调控等

高级应用功能，为充电站安全、可靠、经济运行提供保障手段。

充电机控制系统是充电机的一部分，是充电机的控制中心和通信枢纽。负责与充电站后

台系统交换数据；完成充电机的充电控制；与BMS通信获取电池状态和运行信息；获取电能

计量表信息，完成充电计费和充电过程的联动控制；将计量计费、充电机工作信息传送给直

流充电桩，获取并执行直流充电桩上送的控制命令等。

配电系统监控负责针对充电站配电系统的监控及保护功能的实现，通过通信管理机与充

电站后台系统实现双向数据交换。

通信管理机是充电站监控系统的通信核心，负责配电系统监控、充电站监控后台、安防

系统、计量计费系统及充电机之间的数据交换；负责向安防系统转发报警信号实现视频监控

联动；负责向充电站上级监控系统转发本站相关信息。

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安防系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，通过通信管理机获

取配电系统监控及充电机的相关告警信息，用以完成视频联动监控。

图5.4监控系统结构详图

5.3.2充电站监控后台

5.3.2.1后台构成

充电站监控后台通常由一台服务器与两台工作站组成，也可根据需要增加监控工作站与

服务器数量，系统内这些计算机通过以太网络互联。

5.3.2.2系统功能

a)

数据采集功能

1)采集充电机工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等；

2)采集电池组温度、SOC、端电压、电流、电池连接状态、电池故障信号等；

3)采集充电站配电系统监控上传的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无

功功率、功率因数等。

b)

控制调节功能

1)向充电机下发控制命令，遥控充电机起停、校时、紧急停机、远方设定充电参数等；

2)控制配电系统断路器及开关的合分。

c)

数据处理与存储

1)具备充电机和配电系统的越限报警、故障统计等数据处理功能；

2)系统对站内数据根据性质、重要性进行分类，当数据量大时，可以根据预定策略，

选择或自动屏蔽信息，保证重要信息的实时上送；

3)系统具备对配电系统、充电机和电池组遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数

据的集中存储和查询功能。

d)

事件记录

1)具备操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录、电池组参数异常记录等功

能；

2)可以对遥信变位、遥测越限、遥控操作、系统核心组件启停等事件按时间、类型、

装置等分类检索。

e)

人机操作与图形编辑

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1)系统提供实用灵活、功能强大的画面编辑工具；用户可在线编辑、修改任意画面，

如接线图、曲线图、棒形图等；支持光影、多种格式的图形文件、可定义运动轨迹

的动画并提供多层多平面支持；

2)系统可以显示主接线图、曲线图(电压、负荷曲线)、遥测棒图、系统运行工况图(包

括充电机运行状态、通道状态)、实时数据表格等不同种类的画面；

3)图形界面支持多窗口显示，画面可进行无级缩放、平滑移动，具备导航功能；

4)系统提供专用图形插件完成充电机及电池组的监控功能；

5)系统提供图形化操作完成充电机的各种遥控操作。

f)

报警处理

提供图形、文字、语音等报警方式以及相应的报警处理功能。

g)

通信功能

1)系统采用CAN、RS232、RS485或工业以太网方式与充电机通信；

2)系统能够通过以太网、串口、GPRS等通信方式与监控中心等上级系统通信。

h)

用户管理和权限管理

系统根据需要，规定操作员对各种业务活动的使用范围、操作权限等。

i)

报表管理与打印功能

使用数据库和报表系统的接口函数库，用户可以方便地定义各类日报、月报及年报，并

具有定时／召唤打印等功能。

j)

系统维护与系统自检

1)具备方便的数据库、图形界面、系统参数等维护工具；

2)系统核心进程的运行状态监控和自动重启等系统自诊断功能。

k)

可扩展性

1)系统具备较强的扩展能力，可以很好地完成不同类型充电机的接入；

2)系统强大的可伸缩性，可以满足充电站规模不断扩容的要求；

3)支持与计费系统接口，可以与营销系统连接，获取并为计量计费提供实时电价等信

息。

l)

GPS对时

系统可以接受GPS同步时钟对时，也可对站内各个充电机及智能装置对时，保证系统时

间的一致性。

m)

充电信息管理

1)存储并统计分析车辆充电及运行相关数据，包括充电次数、充电起止时间、充电电

量等。

2)记录分析动力电池组及电池单体每次充电的相关充电数据，包括充电电流电压变化

曲线，电池组温度，SOC等。

n)

车辆及电池组台帐管理

1)车辆台帐信息管理，用于存储统计车型配置信息、配备电池组型号参数、更换维护

电池组的记录等信息。

2)电池组台帐信息管理，用于存储统计电池组的型号参数、使用时间、维护记录等信

息。

o)

充电站智能负荷调控

1)系统根据充电站的最大容量，当站内用电负荷超过设定定值时告警，并可依据预定

策略闭锁充电机，降低充电机功率，确保充电站的安全运行；

2)当充电站用电负荷达到单台配变容量时，自动下发闭锁命令，闭锁备自投，当负荷

下降至解锁门槛时，撤销闭锁。

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5.3.2.3系统技术指标

a)

系统容量指标

1)可监控保护测控装置数量：≥100

2)可监控充电机数量：≥100

b)

系统可靠性指标

1)模拟量测量综合误差：≤1%

2)遥信正确率：≥99%

3)遥控正确率：≥99.99%

4)平均无故障时间（MTBF）：≥8760小时

c)

系统实时性指标

1)数据采样扫描周期：1秒～10秒

2)系统控制操作响应时间（从按执行键到充（放）电机执行）：<10秒

3)画面调用时间：<3秒

4)画面实时数据刷新时间：5秒～30秒

5)实时数据查询响应时间：<3秒

6)历史数据查询响应时间：<10秒

7)正常情况下CPU负载：≤30%（1min平均值）

8)事故情况下CPU负载：≤70%（1min平均值）

5.3.3配电系统监控

5.3.3.1配电系统监控配置方案

配电系统监控分为保护和测控两个部分。根据配电系统一次方案的不同和对配电系统自

动化程度要求的不同，提供两个方案的典型配置。

方案一：主要用于10kV侧开关为真空断路器且自动化程度要求较高的充电站采用。

a)保护部分：进线变配微机保护，具备三段式过流保护、过负荷保护、低压侧零序电流保

护、超温告警或跳闸、低压保护等保护功能；0.4kV开关采用开关自带的过流保护功能。

b)测控部分：具备配电系统各间隔的电流电压等电气参数的遥测功能、开关位置的遥信功

能以及重要开关（10kV开关、0.4kV进线开关和联络线开关）的遥控功能。

另外，为了提高配电系统的自动化程度，实现配电站无人或少人值班，在0.4kV侧配置

分段备自投装置。在其中一路电源失电的情况下，备自投装置可以快速将联络开关合上，提

高充电站供电的可靠性。

具体配置：10kV进线变配置微机保护测控一体化装置，具备进线变的保护、测量和进

线变开关的遥控功能，就地安装在开关柜上，可通过现场总线接入通讯管理装置，上传保护

和测控信息。充电站内配置一面监控屏，屏上安装通讯管理装置、公用测控装置和分段备自

投装置。通讯管理装置负责信息的中转、管理及远传；公用测控装置完成充电站配电系统的

测控任务，主要负责采集0.4kV母线电压、出线开关的位置信号和负荷电流，并具备低压进

线开关和联络开关的遥控功能；分段备自投装置实现分段开关自投功能。

方案二：主要用于10kV侧开关为负荷开关，造价较低的充电站采用。

a)保护部分：进线变开关用熔断器保护；0.4kV开关采用开关自带的过流保护功能。

b)测控部分：具备配电系统各间隔的电流电压等电气参数的遥测功能、开关位置的遥信功

能以及重要开关（10kV开关、0.4kV进线开关和联络线开关）的遥控功能。

0.4kV不配置分段备自投装置。在其中一路电源失电的情况下，需要人工将联络开关合

上。

具体配置：充电站内配置一面监控屏，屏上安装通讯管理装置和公用测控装置。通讯管

理装置负责信息的中转、管理及远传；公用测控装置完成充电站配电系统的测控任务，主要

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负责采集0.4kV母线电压、出线开关的位置信号和负荷电流，并具备低压进线开关和联络开

关的遥控功能。

5.3.3.2配电系统监控设备配置

根据前述配电系统监控的要求，配电系统监控部分（含保护）推荐以下配置：

a)采用国电南瑞科技股份有限公司保护测控一体化装置DSA2116或DSA3116C型号产品完

成变压器的保护测控（该项配置只适用于方案一）。

DSA