Что такое управление нагрузкой (Load Management) при зарядке электромобилей?

Когда вы хотите заряжать несколько электромобилей одновременно, недостаточным элементом чаще всего оказывается не зарядное устройство, а электрическая мощность здания. Мощность подключения жилого дома, предприятия или паркинга торгового центра ограничена; если все зарядные устройства одновременно работают на полной мощности, срабатывает главный автомат защиты или перегружается трансформатор. Именно эту задачу и решает система управления нагрузкой (load management).

Что такое управление нагрузкой (load management)?

Управление нагрузкой — это метод контроля, который интеллектуально распределяет мощность между несколькими зарядными устройствами, не превышая имеющуюся электрическую мощность объекта. Система непрерывно отслеживает общую потребляемую мощность и балансирует её, повышая или понижая ток (в амперах), подаваемый зарядными устройствами. Благодаря этому даже при росте числа одновременно заряжающихся автомобилей общее потребление остаётся в пределах безопасного лимита объекта.

Проще говоря, управление нагрузкой — это «распределение мощности». Пока заряжается один автомобиль, ему может подаваться больше мощности; когда к той же линии подключается второй и третий автомобиль, система автоматически перераспределяет мощность между ними. Ни один автомобиль не потребляет столько нагрузки, чтобы поставить сеть под угрозу.

Зачем это нужно? Связь мощности (kW) и пропускной способности

kW выражает мощность зарядки, то есть её скорость; kWh — это количество энергии, переданное автомобилю. Мощность подключения объекта также ограничена и выражается в kW (или kVA). Например, даже один AC-настенный зарядник на 22 kW может использовать значительную часть имеющейся мощности небольшого здания.

Когда устанавливается несколько точек зарядки, расчёты быстро усложняются. Если пять настенных зарядников по 22 kW работают одновременно на полной мощности, возникает потребность в 110 kW. Мощность подключения большинства жилых домов или небольших предприятий этого не выдержит. Без управления нагрузкой единственным решением было бы дорогостоящее увеличение мощности подключения или инвестиции в трансформатор. Благодаря интеллектуальному распределению существующая инфраструктура сохраняется.

• Предотвращает срабатывание главного автомата защиты и перебои с электроснабжением.
• Снижает потребность в дорогостоящем увеличении мощности подключения или инвестициях в трансформатор.
• Позволяет установить больше точек зарядки на той же инфраструктуре.
• Обеспечивает безопасную и сбалансированную зарядку всех автомобилей.
• Предотвращает дополнительные затраты на электроэнергию, связанные с превышением заявленной мощности.

Что такое статическая балансировка нагрузки?

Статическая балансировка нагрузки — это метод, при котором суммарная мощность, выделенная зарядным устройствам, ограничена фиксированным (заранее заданным) потолком. Для объекта задаётся, например, бюджет в 40 kW; система распределяет эти 40 kW между подключёнными автомобилями и никогда не превышает этот предел.

При таком подходе зарядные устройства не знают, сколько мощности потребляет остальная часть здания (лифты, освещение, кондиционеры и т. п.). Бюджет, выделенный на зарядку, задаётся безопасно и низко — с расчётом на момент максимальной нагрузки остальных потребителей здания. Статическая балансировка нагрузки проста в установке и не требует дополнительного счётчика; однако её эффективность ограничена, поскольку она не может использовать свободную мощность сети.

Что такое динамическая балансировка нагрузки?

Динамическая балансировка нагрузки — это более совершенный метод, при котором через установленный на главном вводе объекта измеритель тока/энергии (интеллектуальный счётчик) непрерывно считывается фактическое мгновенное потребление здания, а оставшаяся свободная мощность в режиме реального времени передаётся зарядным устройствам.

Например, днём, когда на предприятии работают кондиционеры и оборудование, на зарядку выделяется мало мощности; вечером, когда нагрузка снижается, тем же точкам зарядки открывается гораздо больше мощности. Когда общее потребление приближается к лимиту подключения, система автоматически снижает ток зарядки, а когда мощность освобождается — снова повышает его. Так существующая инфраструктура используется максимально эффективно как для здания, так и для автомобилей.

Статическая балансировка нагрузки выделяет зарядке фиксированный бюджет; динамическая балансировка нагрузки считывает мгновенное потребление здания и в режиме реального времени распределяет оставшуюся свободную мощность на зарядку.

Что такое балансировка фаз (phase balancing)?

На большинстве корпоративных и крупных объектов в Турции электричество подаётся по трём фазам (трёхфазная сеть). Часть автомобилей и зарядных устройств потребляет мощность от одной фазы (однофазно), а некоторые используют все три фазы. Если зарядные нагрузки распределяются по фазам неравномерно, одна фаза может оказаться перегруженной, а другие — простаивать; это приводит к срабатыванию автоматов защиты и неэффективному использованию мощности.

Балансировка фаз обеспечивает максимально равномерное распределение зарядной нагрузки между тремя фазами, не допуская перегрузки ни одной из них. Интеллектуальные системы управления нагрузкой оптимизируют распределение с учётом того, какой автомобиль от какой фазы потребляет, и помогают извлечь максимальную отдачу из имеющейся мощности.

Роль OCPP и CSMS в управлении нагрузкой

В установках с большим числом устройств управлению нагрузкой необходим центральный «мозг». OCPP (Open Charge Point Protocol) — это открытый стандарт связи между зарядными устройствами и центральным программным обеспечением управления (CSMS). CSMS видит состояние всех станций, задаёт пределы тока и отправляет команды на распределение мощности между устройствами.

Благодаря этому OCPP-совместимые устройства можно удалённо контролировать, группировать и управлять ими с помощью интеллектуальных профилей зарядки. Администратор может централизованно настраивать такие сценарии, как приоритизация зарядки в ночном тарифе, ограничение мощности в определённые часы или назначение разных лимитов группам автомобилей. OCPP-совместимые модели Bemis спроектированы так, чтобы подходить именно для таких сценариев удалённого и интеллектуального управления.

Локальное (local) и облачное управление нагрузкой

Управление нагрузкой может работать на двух уровнях. При локальном управлении нагрузкой устройства взаимодействуют друг с другом внутри одной сети объекта и распределяют мощность; даже при обрыве интернета балансировка продолжается. При облачном управлении (на базе CSMS) центральное программное обеспечение берёт на себя более широкие функции, такие как биллинг, отчётность и удалённый контроль. Надёжные установки обычно используют оба уровня совместно.

Пример сценария: множество автомобилей при ограниченной мощности подключения

В паркинге жилого дома требуется установить 6 настенных зарядников по 11 kW, однако мощность, которую здание может выделить на зарядку, составляет всего 33 kW. Без управления нагрузкой при одновременной работе 6 устройств на полной мощности возникнет потребность в 66 kW, и нагрузка на здание удвоится; это невозможно.

С динамическим управлением нагрузкой сценарий выглядит так: если поздней ночью подключён только 1 автомобиль, ему может подаваться почти полные 11 kW. Когда одновременно подключены 3 автомобиля, 33 kW делятся на три, и каждому автомобилю выделяется примерно по 11 kW. Если подключаются сразу 6 автомобилей, система открывает каждому в среднем около 5,5 kW; автомобили заряжаются немного медленнее, но все одновременно и безопасно. Ни в один момент предел в 33 kW не превышается. По мере того как автомобили завершают зарядку и отключаются, освободившаяся мощность автоматически передаётся ещё заряжающимся автомобилям.

Каким установкам требуется управление нагрузкой?

• Паркинги жилых домов и жилых комплексов: места, где множество квартир делит ограниченное общее подключение.
• Паркинги предприятий и офисов: установки, где автомобили сотрудников массово заряжаются днём.
• Торговые центры, отели и коммерческие паркинги: зоны с высоким автомобильным трафиком и переменным спросом.
• Зарядные центры автопарков: депо, где множество автомобилей массово заряжается в определённые часы.
• Все многоточечные установки на одном подключении: любое место, где общий спрос может превысить лимит.

В установке отдельно стоящей виллы, где подключён один настенный зарядник, управление нагрузкой не обязательно; однако в любом сценарии, где две или более точек зарядки делят одно подключение, управление нагрузкой на практике является необходимостью.

Выбор правильного оборудования

Чтобы воспользоваться управлением нагрузкой, зарядные устройства должны быть моделями с функцией связи, способными удалённо изменять настройку тока. Изделия Bemis серии Type 2 AC Wallbox (7,4–22 kW) и DC-станции быстрой зарядки CCS2 предлагают варианты, подходящие для многоустройственных установок и сценариев интеллектуальной зарядки; а OCPP-совместимые модели можно интегрировать в схемы централизованного управления и динамической балансировки.

Расположенный в Бурсе отечественный производитель Bemis E-V Charge с оборудованием класса CE и IP65–IP66 поддерживает проекты разного масштаба — от жилого дома до автопарка. Для правильного выбора устройства, кабеля и архитектуры лучше всего с самого начала спланировать бюджет мощности установки и число автомобилей.

Итог

Управление нагрузкой — это ключ к безопасной зарядке нескольких автомобилей, не превышая ограниченную электрическую мощность. Статическая балансировка выделяет зарядке фиксированный потолок, тогда как динамическая балансировка считывает фактическое потребление здания и в режиме реального времени использует свободную мощность. Вместе с балансировкой фаз и управлением OCPP/CSMS многоустройственные установки становятся масштабируемыми без дорогостоящих инвестиций в инфраструктуру.