安科瑞 陳聰

摘要：隨著(zhù)人類(lèi)科學(xué)不斷進(jìn)步，社會(huì )經(jīng)濟水平逐漸提高，各國汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)規模隨之不斷擴大。電動(dòng)汽車(chē)作為電力驅動(dòng)的交通工具，因其既可以實(shí)現碳減排又可以大幅度降低出行成本，深受廣大用戶(hù)喜愛(ài)。但是無(wú)序充電行為會(huì )引起電網(wǎng)側出現負荷過(guò)載、電能品質(zhì)下降等問(wèn)題，同時(shí)加大電網(wǎng)運行調控難度。為了消除無(wú)序充電造成的不良影響，本文提出了電價(jià)引導有序充電方法。首先，提出了充電負荷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )預測方法，利用灰色關(guān)聯(lián)貼近度系數量化各影響因素與充電負荷的相關(guān)性，通過(guò)確定參加訓練的影響因素數量使預測誤差。其次，建立了基于用戶(hù)需求的響應度模型，利用隸屬度值劃分峰谷時(shí)段。為了實(shí)現節省充電成本和削峰填谷的目標，考慮相應的約束條件，提出了電價(jià)引導的有序充電方法。同時(shí)兼顧削峰填谷和減少充電成本兩個(gè)控制目標，實(shí)現電網(wǎng)和用戶(hù)利益雙贏(yíng)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；有序充電；分時(shí)計價(jià)；削峰填谷

1研究背景及意義

隨著(zhù)人類(lèi)科學(xué)不斷進(jìn)步，社會(huì )經(jīng)濟水平逐漸提高，各國汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)規模隨之不斷擴大?；茉吹饶茉礊槿加推?chē)提供著(zhù)燃料，但是化石能源過(guò)度消耗會(huì )加劇全球化石能源危機，與此同時(shí)化石能源燃燒會(huì )對自然環(huán)境造成嚴重污染，時(shí)刻影響著(zhù)人類(lèi)身體健康，尾氣污染己成為亟待解決的問(wèn)題。電力能源作為有潛力的低碳能源，能夠將對污染危害降到。目前，人們特別重視發(fā)展綠色經(jīng)濟，由于電動(dòng)汽車(chē)既低碳環(huán)保又能夠緩解能源緊張，使得它有著(zhù)比較寬廣的應用前景。

1．1電動(dòng)汽車(chē)充電負荷研究現狀

電動(dòng)汽車(chē)充電負荷受自身和外界各種因素影響，所以對充電負荷建立模型往往比較困難。電網(wǎng)優(yōu)化調度、需求響應等源網(wǎng)儲荷深度互動(dòng)行為須以負荷數據為前提。目前，各國學(xué)者已對充電負荷影響因素展開(kāi)了深入研究。

另外，日行駛里程、出行時(shí)間和歸程時(shí)間等駕駛行為特性與充電負荷有著(zhù)一定的相關(guān)性，其中日行駛里程相關(guān)程度密切。在研究充電起始時(shí)間影響因素時(shí)，認為用戶(hù)每日駕駛結束后便入網(wǎng)開(kāi)始補給能量，通過(guò)分析出發(fā)時(shí)間、歸程時(shí)間及日行駛距離等行為特性，建立了充電負荷模型。

隨著(zhù)人工智能等技術(shù)逐漸成熟，國內外越來(lái)越多專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始將人工智能用于未來(lái)負荷預測?；陂L(cháng)時(shí)間序列、實(shí)時(shí)、多種類(lèi)的歷史數據，詳細分析了電動(dòng)汽車(chē)充電行為習慣，并預測了該地區入網(wǎng)車(chē)輛充電總負荷；詳細研究了充電行為對充電負荷的影響，以智能算法理論為基礎，提出了一種無(wú)線(xiàn)充電負荷預測方法。

2.有序充電策略研究現狀

為了消除電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)導致的負面影響，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)展了有序充電策略的研究。到目前為止，充電策略可以分為考慮經(jīng)濟運行、考慮市場(chǎng)機制和考慮時(shí)空約束三類(lèi)。

考慮經(jīng)濟運行的充電策略，兼顧節省充電成本和降低能量損耗兩個(gè)目標引導電動(dòng)汽車(chē)集群合理充電。從電能品質(zhì)等方面分析了充電負荷入網(wǎng)的影響，為了降低能量損耗，利用協(xié)同優(yōu)化控制方法制定充電計劃，該方法可大幅度減小能量損耗，提高電網(wǎng)功率因素；為了節省用戶(hù)充電成本，提出了基于啟發(fā)式算法的充電控制方法，該方法能在節省充電成本的同時(shí)實(shí)現削峰填谷。

考慮市場(chǎng)機制的有序充電策略，主要目標是協(xié)調用電需求和電網(wǎng)系統之間的矛盾。以實(shí)時(shí)電價(jià)理論為基礎，提出了一種基于需求響應度的有序充電方法，此方法能夠較好縮減負荷峰谷差值；指出代理商模式中用戶(hù)經(jīng)濟收入微薄，但是此模式運行穩定、可控性好。

考慮時(shí)間維度的控制策略是將車(chē)輛轉移至配電網(wǎng)負荷低谷時(shí)段進(jìn)行能量補給。利用遺傳算法求解削峰填谷控制目標，使電動(dòng)汽車(chē)可以按照充電計劃在合理的時(shí)間開(kāi)始充電：用分時(shí)電價(jià)控制策略合理引導充電用戶(hù)，在低電價(jià)時(shí)段集中補給能量，通過(guò)利用不同區域交錯充電的策略來(lái)防止夜間出現充電高峰；以社會(huì )投資和用戶(hù)充電總成本為目標，提出了一種充電站的選址方法，在空間維度上實(shí)現了有序充電。

1. 電動(dòng)汽車(chē)充電負荷的影響因素

為了確保有序充電策略的有效性和可行性，充電負荷預測的準確性是核心關(guān)鍵。影響充電負荷的因素較多種類(lèi)繁多，主要有車(chē)輛用途、能量補給方式、動(dòng)力電池和用戶(hù)行為特性等因素對其的影響。

3．1電動(dòng)汽車(chē)的能量補給方式

接觸式充電方式以電纜和連接裝置為能量傳輸介質(zhì)，通過(guò)汽車(chē)充電接VI將外部電源與電動(dòng)汽車(chē)相連，達到電能傳輸的目的。接觸式能量補給方式按單次充電速度的快慢，可分為常規和快速兩種充電方式。采用常規充電方式進(jìn)行能量補給大約需要5-8小時(shí)，甚至更加漫長(cháng)的充電時(shí)間，所以也被稱(chēng)為慢充。這種能量補給一般采用小電流補給能量，所以能量補給時(shí)功率也很小，一般在5-10kW之間。慢速充電裝置成本低，節省用戶(hù)充電成本，電流采用10-15A，有利于電力系統的調度運行，對動(dòng)力電池正常工作年限不會(huì )造成影響，是用戶(hù)停留時(shí)間較長(cháng)時(shí)的充電選擇，可以在較長(cháng)的停留時(shí)間內進(jìn)行能量補給，由于此充電方式對充電設備的要求并不高，所以在居民社區和商場(chǎng)等公共場(chǎng)所的停車(chē)位都可設置充電設施供電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行能量補給?？焖俪潆姺绞绞遣捎么箅娏鬟M(jìn)行短時(shí)快速能量補給，所以一般選擇直流設備對電動(dòng)汽車(chē)補給能量，時(shí)間一般在15min-40min，電流控制在120-400A。相比之下，快速充電方式能量補給時(shí)間大幅降低，但是充電所用大電流不僅對電網(wǎng)造成較大沖擊，還會(huì )對動(dòng)力電池造成不可逆的損害。

3．2電動(dòng)汽車(chē)的類(lèi)型

大量研究表明電動(dòng)汽車(chē)的類(lèi)型也會(huì )影響充電負荷。通常情況下，汽車(chē)類(lèi)型與用戶(hù)駕駛行為特性有著(zhù)緊密聯(lián)系，駕駛行為特性往往決定著(zhù)起始充電時(shí)間、期望荷電狀態(tài)和次日行駛里程，所以不同車(chē)輛類(lèi)型的充電需求可能截然不同。

3．3電動(dòng)汽車(chē)電池充電特性

目前，鉛酸電池和鋰電池是主要的兩種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池。構成鉛酸動(dòng)力電池正極的主要化學(xué)成分是二氧化鉛，負極由活性鉛填充而成。隨著(zhù)化工技術(shù)的快速發(fā)展，鉛酸電池技術(shù)也日漸成熟，因其使用安全可靠、大電流放電能力優(yōu)異、開(kāi)路電壓高等優(yōu)點(diǎn)，使其在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的應用領(lǐng)域取得了成功。但是，鉛酸電池能量和功率都比較低，并且廢棄的鉛酸電池會(huì )嚴重破壞自然環(huán)境。

鋰電池有著(zhù)全新的電池設計理念。兩極采用層間化合物進(jìn)行填充，在電池進(jìn)行能量補給時(shí)，鋰離子在層間反復漂移使得間距發(fā)生變化，但是不改變構成正負極的化學(xué)結構。對于一般高能量密度的動(dòng)力電池而言，鋰電池具有長(cháng)久的使用年限，再加上鋰電池具有綠色、體積小、高功率、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，使得鋰電池技術(shù)被*認為電池中有應用前景的發(fā)展方向。根據資料上述兩種電池性能對比，鋰電池在質(zhì)量能量密度、使用年限、安全性等方面性能都比較。

3．5用戶(hù)行為特性分析

對于不同的用戶(hù)而言，駕駛電動(dòng)汽車(chē)外出的原因和目的都截然不同，隨機性較強。用戶(hù)出行鏈可以較好的反映電動(dòng)汽車(chē)出行軌跡，用戶(hù)出行鏈連接各出行地址和充電需求。通常情況下，用戶(hù)的出行目的可以分為五類(lèi)，即住宅、娛樂(lè )活動(dòng)、工作、商場(chǎng)和其他事件。

1. 電動(dòng)汽車(chē)有序充電的電價(jià)引導策略

4．1用戶(hù)需求響應模型

需求響應是為了解決需求側的控制管理等問(wèn)題而提出的一種策略，目的在于解決系統的可靠性和電網(wǎng)運行效率等問(wèn)題。需求響應是系統中的用戶(hù)在獲取電力公司的電價(jià)和激勵政策等信息后，主動(dòng)更改原定用電計劃的行為，同時(shí)促進(jìn)電力系統的穩定運行。

目前，大多數用戶(hù)在安排自身充電計劃時(shí)已經(jīng)充分考慮電價(jià)因素，這對調度中心協(xié)調優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)充電負荷有著(zhù)重要意義?；陔妰r(jià)的需求響應是電力公司利用電價(jià)引導用戶(hù)合理更改用電計劃，在電價(jià)高時(shí)盡量減少用電，在電價(jià)低時(shí)增加用電?；陔妰r(jià)的響應有尖峰電價(jià)、分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)。其中峰谷電價(jià)只能相對固定地反映用電負荷情況，而分時(shí)電價(jià)策略比較靈活，能夠對波動(dòng)較大的負荷進(jìn)行合理管控。

在用電高峰時(shí)段，電力管控部f-IN用補償激勵對用戶(hù)負荷進(jìn)行合理管控的方式稱(chēng)為基于激勵的需求響應，其目的是降低用戶(hù)在高峰期不必要的用電需求降低電網(wǎng)峰谷差?；诩畹男枨箜憫ㄖ苯涌刂?、可中斷控制、需求側競價(jià)和緊急需求響應四種方式。電力公司直接對電網(wǎng)中的設施進(jìn)行開(kāi)閉操作的行為稱(chēng)為直接控制?？芍袛嗫刂剖请娏靖鶕芍袛嘭摵傻奶匦?，提前為此類(lèi)負荷制定用電計劃。緊急需求響應是指電力用戶(hù)在負荷高峰時(shí)段主動(dòng)減小自身用電量，來(lái)獲得電網(wǎng)約定的經(jīng)濟補償。對于本文的研究對象電動(dòng)汽車(chē)而言，基于電價(jià)的需求響應方式是促使大規模電動(dòng)汽車(chē)有序充電的更有效方式。

4．2峰谷分時(shí)電價(jià)時(shí)段劃分及定價(jià)

峰谷分時(shí)電價(jià)根據電網(wǎng)各時(shí)刻的用電量將一天劃分成若干時(shí)間段，并給各時(shí)段定義不同的用電價(jià)格。通常將一天分為峰時(shí)段、平時(shí)段和谷時(shí)段三類(lèi)。定義峰谷分時(shí)電價(jià)的一個(gè)原則是，通過(guò)峰谷電價(jià)可以反映電網(wǎng)內負荷的高低。電價(jià)對于電動(dòng)汽車(chē)集群的控制受多方面因素影響，無(wú)法做到對所有電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行響應調度。電價(jià)響應用戶(hù)規模擴大會(huì )對電網(wǎng)安全運行產(chǎn)生十分正面的影響。而峰谷電價(jià)的設置能夠直接影響參與響應的用戶(hù)數量，所以有必要設定合理的峰谷電價(jià)讓更多的用戶(hù)加入到有序充電的隊伍。

在我國，各個(gè)省市的電力公司負責規定本地的峰谷分時(shí)電價(jià)。目前，電力公司根據本地電網(wǎng)內的用電情況規劃適合當地經(jīng)濟水平的分時(shí)電價(jià)，但在規劃過(guò)程中幾乎沒(méi)有考慮充電負荷入網(wǎng)的影響，所以現階段充電負荷對分時(shí)電價(jià)的響應不太敏感。

分時(shí)電價(jià)策略可以將充電負荷安排在電價(jià)平谷時(shí)段補給能量，響應度越高，優(yōu)化效果越好。峰谷分時(shí)電價(jià)策略能夠有效地兼顧削峰填谷和減少用戶(hù)充電費用的目標，能夠充分調動(dòng)用戶(hù)積極性，使電網(wǎng)和用戶(hù)的利益均得到保障。

5安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統助力有序充電開(kāi)展

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結和解綁。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

5.5硬件配置

6.總結

隨著(zhù)人類(lèi)科學(xué)不斷進(jìn)步，社會(huì )經(jīng)濟水平逐漸提高，各國汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)規模隨之不斷擴大。大規模電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)必然會(huì )給電網(wǎng)的調度運行帶來(lái)很大的麻煩，須通過(guò)控制策略有序引導充電負荷在合理的時(shí)間進(jìn)行能量補給。

以大規模電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序接入電網(wǎng)為背景，從充電負荷、入網(wǎng)影響和有序充電控制三個(gè)角度綜述了本論文的國內外研究現狀。從能量補給方式、車(chē)輛類(lèi)型、電池和用戶(hù)行為等方面研究了充電負荷的影響因素。

根據需求響應提出了依據隸屬度劃分峰谷時(shí)段和定價(jià)的方法。以用戶(hù)充電費用和削峰填谷為優(yōu)化目標，提出了一種有序充電的電價(jià)引導策略。分時(shí)電價(jià)可以將充電負荷安排在電價(jià)平谷時(shí)段補給能量，響應度越高，優(yōu)化效果越好。峰谷分時(shí)電價(jià)策略能夠有效地兼顧削峰填谷和減少用戶(hù)充電費用的目標，能夠充分調動(dòng)用戶(hù)積極性，使電網(wǎng)和用戶(hù)的利益均得到保障。

參考文獻：

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版