安科瑞 陳聰

摘要：節能減排、智能化、駕駛品質(zhì)等的優(yōu)點(diǎn)使得電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展前景廣闊，國家對其的關(guān)注度及相關(guān)投入占比也加重，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展迅速。其使用便捷，成本較低的特點(diǎn)也成為了越來(lái)越多的人在出行時(shí)的選擇。但接踵而至的便是電動(dòng)汽車(chē)充電問(wèn)題，更多的電動(dòng)汽車(chē)充電會(huì )對電網(wǎng)造成沖擊，但是擴大基礎設施的建設并不能馬上見(jiàn)效且成本較高，所以對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電管理便成了見(jiàn)效快且低成本的方式?；诖?，研究電動(dòng)汽車(chē)有序充電管理優(yōu)化策略具有重要意義。首先引入了用戶(hù)需求響應和電價(jià)在充電市場(chǎng)中的作用和參與方式，分析用戶(hù)充電特性。闡述了不同的有序充電管理方式，并基于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電模型，分析發(fā)現電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)執行充電管理策略的積極性受用戶(hù)需求、時(shí)間和成本等因素作用。研究分析分時(shí)電價(jià)與實(shí)時(shí)電價(jià)影響下，區域內博弈充電模式的負荷聚合商實(shí)時(shí)定價(jià)策略和收益，以及不同類(lèi)型數量電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在此機制下的充電選擇對負荷聚合商定價(jià)、用戶(hù)充電成本的影響，并討論了儲能設備容量大小對負荷聚合商收益的作用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)，有序充電管理，充電選擇

1. 引言

隨著(zhù)全球經(jīng)濟化高速發(fā)展，人們的出行方式發(fā)生巨大變化，以石油等能源為動(dòng)力源的汽車(chē)成為了主要的通行工具之一，便利的同時(shí)不僅引起地球資源的巨大消耗，也導致環(huán)境污染更加嚴重。全球各國當局選擇發(fā)展使用清潔能源、節能減排且體量大的電動(dòng)汽車(chē)來(lái)應對這一系列問(wèn)題。我國在推行新能源發(fā)展方面，實(shí)行購車(chē)補貼、免征購車(chē)稅、增加基礎建設等相關(guān)措施。據統計，2015年-2022年我國新能源汽車(chē)保有量及純電動(dòng)汽車(chē)保有量增長(cháng)速度快，如圖1所示，可以看出其中占比重的是純電動(dòng)型，研究表明，到2030年全國電動(dòng)汽車(chē)保有量將突破2000萬(wàn)大關(guān)，可以預見(jiàn),未來(lái)將有大規?？梢苿?dòng)的新能源汽車(chē)充電負荷參與電網(wǎng)。

圖1電動(dòng)汽車(chē)保有量

2.電動(dòng)汽車(chē)快速增多帶來(lái)的影響

電動(dòng)汽車(chē)消耗的是二次可再生能源——電能，根據用戶(hù)實(shí)際出行習慣進(jìn)行使用，電動(dòng)汽車(chē)充電負荷具有隨機性和可移動(dòng)性，廣泛接入會(huì )給電網(wǎng)系統的安全穩定運作帶來(lái)很大程度的不良影響。首先，電網(wǎng)局部過(guò)負荷，用戶(hù)對電動(dòng)汽車(chē)實(shí)施充電行為受主觀(guān)意識影響，具有不可控因素，可能會(huì )在居民用電高峰時(shí)段接入進(jìn)行充電，導致電網(wǎng)負荷局部集中化，在基礎用電上加重高負荷峰時(shí)段，加深負荷峰谷差，增加了電力系統的負載，甚至可能超越區域變壓器的自身承受能力，造成電力系統的損傷。且額外的充電負荷需電網(wǎng)進(jìn)行電量供應以滿(mǎn)足，增加了電網(wǎng)供電成本和電力系統維護成本。其次，電網(wǎng)運行優(yōu)化調控難度增加，電動(dòng)汽車(chē)的出行規律不盡相同，如出行方式、用車(chē)習慣和性格個(gè)性等，所以用戶(hù)充電需求在時(shí)間和空間分布上具備一定隨機性，加大了電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)實(shí)施充電調度和控制的不確定性，影響了區域內充電負荷預測與電網(wǎng)監測調。降低了電能質(zhì)量，且對電網(wǎng)電能傳輸的控制造成沖擊，導致電壓下降、諧波污染、三相不平衡等不利后果，不利于電網(wǎng)的穩定運行。還有充電站利用不均衡、用戶(hù)時(shí)間成本高等問(wèn)題。

可以通過(guò)加大基礎建設來(lái)進(jìn)行負荷調節，如增加發(fā)電、擴大容量、加強電網(wǎng)承受能力等，但這不僅會(huì )造成嚴重的人力、財力及資源的浪費，不能快速見(jiàn)效，且效果也不一定很好。所以，為了保證新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能夠蓬勃發(fā)展，針對電動(dòng)汽車(chē)隨機無(wú)序充電對電網(wǎng)造成的一系列影響，對電動(dòng)汽車(chē)充電實(shí)施有序充電優(yōu)化管理是有必要的。在滿(mǎn)足用戶(hù)基礎需求下對電動(dòng)汽車(chē)實(shí)施有序充電管理，通過(guò)對用戶(hù)進(jìn)行充電時(shí)間、充電地點(diǎn)和充電成本分析，對電網(wǎng)負荷分布或充電站總負荷利用等進(jìn)行調配管理，合理有效的降低電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)、電網(wǎng)、充電站三方的成本，提升效益，實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的協(xié)調互助，現代社會(huì )迅速發(fā)展。

3.有序充電管理分析

3.1用戶(hù)需求響應

面對多種需求，的處理方法是進(jìn)行需求響應管理，了解電網(wǎng)的電能需求并進(jìn)行響應附和，通過(guò)電力供應方實(shí)施調節措施去促進(jìn)用戶(hù)改變用電模式進(jìn)行有序充電管理，從而減小某時(shí)段的用電負荷，維護電網(wǎng)系統穩定運行。

需求側響應主要分成兩類(lèi)：基于激勵類(lèi)和基于價(jià)格類(lèi)。激勵類(lèi)產(chǎn)生的需求分為直接負荷控制、可中斷負荷、緊急響應、需求側競價(jià)、容量市場(chǎng)和輔助服務(wù)等部分，由負荷聚合商等電力售放組織控制，根據用戶(hù)需求和電網(wǎng)系統充電情況制定充電策略，對參加響應的電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)給予一定補貼，該措施可以促進(jìn)激勵用戶(hù)在電力市場(chǎng)中實(shí)時(shí)響應，激勵側需求響應不僅可以參與主能量市場(chǎng)的競爭，還可以提供輔助服務(wù)。

直接負荷控制是指供電機構與用戶(hù)簽訂合約，在電網(wǎng)負荷過(guò)高時(shí)，供電機構可直接對簽約用戶(hù)進(jìn)行停止供電處理，對是否進(jìn)行電能供應有控制權?？芍袛嘭摵芍腹╇姍C構與用戶(hù)簽訂有關(guān)響應時(shí)間的協(xié)議，當機構需要電力進(jìn)行調節時(shí)，向用戶(hù)發(fā)出需要響應的信號，用戶(hù)按照合約內容實(shí)施相應措施配合調度，如未實(shí)時(shí)行動(dòng)，則需按合同賠償供電機構一定損失。緊急需求響應也是與供電機構簽訂合約，與可中斷負荷不同的是不響應供電機構號召的用戶(hù)不會(huì )有損失，而積極響應號召的用戶(hù)會(huì )得到供電機構提供的一定獎勵，此時(shí)的用戶(hù)自身的需求和條件決定了是否會(huì )響應號召，有一定用戶(hù)心理因素，所以在解決電網(wǎng)負荷過(guò)高情況沒(méi)有前兩項效果**。需求側競價(jià)基于容量市場(chǎng)和附加輔助服務(wù)，三者相輔相成，首先供電機構設置市場(chǎng)電能容量，并擬定輔助服務(wù)計劃，然后用戶(hù)通過(guò)競拍價(jià)格或訂購合同方式參與批發(fā)市場(chǎng)項目競爭，供電機構根據投標者所提供的價(jià)格價(jià)格和訂購電量決定中標者，用戶(hù)競標成功后按照提交的項目書(shū)執行，否則會(huì )受到懲罰，此響應有助于電價(jià)的制定。

3.2電價(jià)

電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)對電價(jià)的響應有兩種方式：充電響應和充放電響應。充電響應表示用戶(hù)根據供電機構提供的電價(jià)選擇在某一時(shí)段不進(jìn)行充電或多充電。充放電響應表示用戶(hù)不僅選擇電網(wǎng)低負荷時(shí)段選擇進(jìn)行電能補充，而且高負荷時(shí)段向電網(wǎng)反向提供電，能夠得到一定收益。

當前我國使用廣、應用成熟的引導用戶(hù)進(jìn)行有序充電管理的電價(jià)模式是分時(shí)電價(jià)，根據電網(wǎng)日常用電負荷將一天分成幾個(gè)時(shí)間段，分別制訂有差異的電價(jià)，促使用戶(hù)調整用電時(shí)間，達成管理要求，并加大資源使用率。

3.3有序充電對電動(dòng)汽車(chē)充電管理影響

3.3.1分層分區有序充電管理

電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加，給電網(wǎng)負荷量、充電設施帶來(lái)了巨大的壓力，且不同區域的居民基礎用電負荷、變壓器容量等存在差異。若由電力公司統一進(jìn)行供電會(huì )導致負荷分配不均、效率低下等問(wèn)題，因此，需要對電動(dòng)汽車(chē)充電實(shí)施分層分區的有序充電管理。主要分為三個(gè)層，前兩層屬電網(wǎng)層，第一層為電力管理中心，電力系統根據下級上報的需求信息為區域管理中心制定合適的負荷分配標準并提供電量。第二層為區域管理中心，收集不同區域上傳的的基礎用電負荷和充電需求，并向上級匯報，根據電力系統下達的分配標準制定負荷計劃管理向區域內的充電站發(fā)布充電安排，對區域內電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行集中管控。第三層為充電站管理中心，屬于充電站層，依據電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)輸入的充電需求和歷史負荷水平向上級匯報所需電量信息，并依照區域管理中心下發(fā)的充電安排在保證用戶(hù)基本充電需求的前提下為電動(dòng)汽車(chē)供電。

3.3.2分時(shí)段有序充電管理

電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)進(jìn)行充電的時(shí)間取決于用戶(hù)心理，充電站無(wú)法預設下一輛電動(dòng)汽車(chē)的抵達時(shí)間和需求，需采用分時(shí)段充電管理進(jìn)行充電安排，當前的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電方式有兩種：可間斷充電、不可間斷充電?？砷g斷充電方式是指把計算得到電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間分為多個(gè)時(shí)段，由上級管理中心根據用戶(hù)終需求將各時(shí)段分布到一天內充電時(shí)間，并利用充電樁將信息傳遞給電動(dòng)汽車(chē)完成充電工作。

4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

4.1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。

4.2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。

4.3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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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。

4.5硬件配置

1. 總結

面臨越來(lái)越嚴重的環(huán)境污染，減小燃油汽車(chē)的使用頻率，推廣新能源汽車(chē)迫在眉睫。國家積極制定電動(dòng)汽車(chē)科技戰略，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，將來(lái)會(huì )有大量的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入電網(wǎng)實(shí)施充電，由于人的自主意識，充電過(guò)程存在較大的隨機性，對電網(wǎng)系統的承受能力提出了重大的挑戰，需要制定相關(guān)的措施調節管理這些行為。對比無(wú)序充電模式，有序充電在管理用戶(hù)成本和電網(wǎng)負荷方面有積極影響，且用戶(hù)的出行和充電行為具有很強的時(shí)空分布性，表明了實(shí)施有序充電管理的可行性。

參考文獻：

1. 曹湘.電動(dòng)汽車(chē)有序充電管理優(yōu)化策略研究

2. 袁欣,胡文博.考慮電動(dòng)汽車(chē)有序充電的配電網(wǎng)重構降損策略

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版