安科瑞 陳聰

摘要：本文立足全球能源危機大背景，聚焦電動(dòng)汽車(chē)日益普及現狀，深入探討其有序充電與車(chē)網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)相關(guān)內容。鑒于大規模電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電給電力系統帶來(lái)用電壓力，尤其是加劇峰谷差擴大等問(wèn)題，凸顯出規劃有序充電的緊迫性。同時(shí)結合我國截至2021年7月的電動(dòng)汽車(chē)保有量及充電設施建設情況，詳細分析有序充電控制、充電設施優(yōu)化規劃、與可再生能源發(fā)電融合、大規模有序充電調度與控制等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并針對各問(wèn)題提出相應解決思路與策略，旨在助力實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的良性互動(dòng)，推動(dòng)雙碳目標的達成。

關(guān)鍵詞：雙碳目標；電動(dòng)汽車(chē)；有序充電；車(chē)網(wǎng)互動(dòng)；全球能源危機

一、引言

在全球能源危機的嚴峻形勢下，傳統能源供應面臨諸多不確定性與挑戰，而電動(dòng)汽車(chē)作為一種以電能為驅動(dòng)的綠色交通方式，正日益普及開(kāi)來(lái)。其憑借自身優(yōu)勢在緩解能源壓力、減少碳排放等方面被寄予厚望，然而，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)保有量的快速攀升，大規模電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電現象愈發(fā)凸顯，給電力系統帶來(lái)了新的用電壓力，例如導致用電峰谷差不斷擴大等問(wèn)題，嚴重影響電網(wǎng)的穩定運行與高效利用。在此背景下，科學(xué)規劃電動(dòng)汽車(chē)有序充電，妥善處理好其充電與電力系統的協(xié)調關(guān)系，成為當下亟待解決的重要課題，對于保障能源的合理利用以及雙碳目標的實(shí)現都有著(zhù)關(guān)鍵意義。

二、電動(dòng)汽車(chē)在雙碳目標及能源危機背景下的發(fā)展現狀與意義

（一）電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現狀

近年來(lái)，全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)呈現出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，我國更是走在前列。截至2021年7月，我國電動(dòng)汽車(chē)保有量已達630萬(wàn)輛，與之相配套的充電基礎設施建設也取得了顯著(zhù)成果，累計建設充電站6.6萬(wàn)座、換電站716座、公共充電樁92.3萬(wàn)臺，逐步構建起覆蓋一定范圍的充電網(wǎng)絡(luò )，為電動(dòng)汽車(chē)的日常使用提供了必要的保障。從全球范圍來(lái)看，眾多國家和地區都在不斷加大對電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的支持力度，無(wú)論是研發(fā)投入、政策扶持還是市場(chǎng)推廣等方面，都促使電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越多地出現在人們的生活中。

（二）電動(dòng)汽車(chē)對實(shí)現雙碳目標及應對能源危機的意義

在全球能源危機下，傳統燃油能源供應緊張且其燃燒帶來(lái)的碳排放對環(huán)境造成巨大壓力。電動(dòng)汽車(chē)以電能為驅動(dòng)能源，當其電能來(lái)源更多依托清潔能源時(shí)，可有效減少對傳統化石能源的依賴(lài)，從能源利用角度緩解能源危機。同時(shí)，交通領(lǐng)域作為碳排放的重要源頭之一，電動(dòng)汽車(chē)的推廣應用能夠極大地削減因交通運輸產(chǎn)生的二氧化碳排放量，對于實(shí)現 “碳達峰、碳中和” 目標發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用，成為應對能源與環(huán)境雙重挑戰的有力舉措。

三、電動(dòng)汽車(chē)充電負荷對電網(wǎng)運行的影響

3.1無(wú)序充電帶來(lái)的挑戰

3.1.1增加電網(wǎng)調峰難度

電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電行為具有較大的隨機性，在缺乏有效引導的情況下，大量電動(dòng)汽車(chē)集中在電網(wǎng)負荷高峰時(shí)段充電，會(huì )使原本就緊張的電網(wǎng)高峰負荷進(jìn)一步加劇，而低谷時(shí)段充電需求又過(guò)少，導致電網(wǎng)負荷峰谷差不斷擴大。以我國當前數百萬(wàn)輛的電動(dòng)汽車(chē)保有量規模來(lái)看，若無(wú)序充電問(wèn)題得不到解決，這種峰谷差擴大的影響將更為顯著(zhù)，給電網(wǎng)的調峰工作帶來(lái)沉重負擔，增加了電網(wǎng)運行成本以及對調峰電源的依賴(lài)，影響電網(wǎng)的安全穩定運行。

3.1.2影響電網(wǎng)電能質(zhì)量

無(wú)序充電時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)充電設備接入電網(wǎng)的隨機性可能造成局部電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、諧波污染等電能質(zhì)量問(wèn)題。特別是在一些老舊小區等電網(wǎng)較為薄弱的區域，大量電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)充電容易引發(fā)電壓越限等故障，影響周邊用戶(hù)的正常用電體驗，進(jìn)一步凸顯出有序充電規劃的必要性。

3.2作為柔性負荷的積極作用

3.2.1平滑負荷曲線(xiàn)

電動(dòng)汽車(chē)可以通過(guò)合理的充電時(shí)間安排，在電網(wǎng)負荷低谷時(shí)段充電，在高峰時(shí)段停止充電甚至向電網(wǎng)反饋電能（對于具備雙向充電功能的車(chē)輛），起到 “削峰填谷” 的作用，使電網(wǎng)負荷曲線(xiàn)更加平緩，優(yōu)化電網(wǎng)的整體運行狀態(tài)，提高電網(wǎng)設備的利用率。即使面對我國規模龐大的電動(dòng)汽車(chē)群體，若能實(shí)現有序充電，其在平滑負荷曲線(xiàn)方面的作用將十分顯著(zhù)，助力電網(wǎng)更好地應對用電壓力。

3.2.2降低電網(wǎng)運行成本

借助有序充電和車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，電網(wǎng)可以減少對調峰機組等昂貴的備用電源的依賴(lài)，降低發(fā)電成本以及電網(wǎng)的建設和運維成本。同時(shí)，通過(guò)更好地整合利用現有電力資源，避免電力資源的浪費，實(shí)現經(jīng)濟效益的提升，對于緩解能源危機下的資源緊張局面有著(zhù)積極意義。

3.2.3助力可再生能源消納

新型電力系統中可再生能源的占比日益提高，但可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性等特點(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)作為可靈活調節的柔性負荷，可以根據可再生能源的發(fā)電情況，適時(shí)調整充電策略，例如在風(fēng)電、光伏發(fā)電充足的時(shí)段增加充電量，從而有效消納這些不穩定的可再生能源，提高整個(gè)電力系統的清潔能源利用率，進(jìn)一步契合雙碳目標及能源可持續發(fā)展的要求。

四、電動(dòng)汽車(chē)有序充電與車(chē)網(wǎng)互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

4.1有序充電控制技術(shù)

有序充電控制旨在根據電網(wǎng)的運行狀態(tài)、用戶(hù)的充電需求以及相關(guān)約束條件，對電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程進(jìn)行合理的引導和調控。常用的控制方法包括基于價(jià)格信號的控制，即通過(guò)峰谷電價(jià)等價(jià)格機制引導用戶(hù)主動(dòng)選擇在低谷時(shí)段充電；還有基于電網(wǎng)調度指令的控制，由電網(wǎng)運營(yíng)管理部門(mén)根據實(shí)時(shí)電網(wǎng)負荷情況向電動(dòng)汽車(chē)發(fā)送充電功率、充電時(shí)間等指令進(jìn)行控制。但我國龐大的電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)群體使得這些方法在實(shí)際應用中面臨著(zhù)用戶(hù)響應程度不確定、控制信息傳遞及時(shí)性等問(wèn)題，需要進(jìn)一步優(yōu)化，以確保有序充電控制能有效覆蓋眾多的電動(dòng)汽車(chē)，保障電網(wǎng)穩定。

4.2充電設施優(yōu)化規劃

合理的充電設施布局對于實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)有序充電至關(guān)重要。需要綜合考慮城市規劃、交通流量、電網(wǎng)承載能力等多方面因素，確定充電樁的數量、類(lèi)型（快充、慢充）以及安裝位置等。以我國現有的電動(dòng)汽車(chē)保有量和充電設施建設情況為例，在大型商業(yè)區、交通樞紐等人流量大且停車(chē)時(shí)間相對較長(cháng)的地方，應適當增加快充樁的比例；而在居民區，則要結合居民用電負荷特點(diǎn)，合理規劃慢充樁數量及分布，避免對小區電網(wǎng)造成過(guò)大沖擊，同時(shí)滿(mǎn)足不同區域電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的充電需求，提升整個(gè)充電網(wǎng)絡(luò )的合理性與有效性。

4.3與可再生能源發(fā)電融合技術(shù)

要實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與可再生能源發(fā)電的深度融合，關(guān)鍵在于建立有效的信息交互和協(xié)同控制機制。一方面，需要實(shí)時(shí)獲取可再生能源的發(fā)電功率、電量等信息；另一方面，要準確掌握電動(dòng)汽車(chē)的充電需求和可調節能力。通過(guò)構建智能的能源管理系統，根據可再生能源的發(fā)電情況動(dòng)態(tài)調整電動(dòng)汽車(chē)的充電策略，確?？稍偕茉幢M可能多地被電動(dòng)汽車(chē)消納，同時(shí)保障電動(dòng)汽車(chē)的充電需求得到滿(mǎn)足，尤其在我國大力發(fā)展可再生能源以及電動(dòng)汽車(chē)日益普及的背景下，這種融合技術(shù)的研究與應用顯得更為迫切。

4.4大規模有序充電調度與控制技術(shù)

隨著(zhù)我國電動(dòng)汽車(chē)保有量的持續增長(cháng)，面對大規模電動(dòng)汽車(chē)的充電調度與控制成為一個(gè)復雜的系統工程。需要借助先進(jìn)的信息技術(shù)，如大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等，對海量的電動(dòng)汽車(chē)充電信息進(jìn)行采集、分析和處理。同時(shí)，建立高效的調度模型和算法，綜合考慮電網(wǎng)安全、用戶(hù)滿(mǎn)意度、可再生能源消納等多目標優(yōu)化問(wèn)題，實(shí)現對大規模電動(dòng)汽車(chē)充電行為的精準調度與有效控制，以應對數百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)充電帶來(lái)的復雜調度需求，保障電力系統的平穩運行。

五、安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺助力有序充電開(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系統硬件配置

六、結論

在全球能源危機與雙碳目標的雙重驅動(dòng)下，電動(dòng)汽車(chē)有序充電與車(chē)網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)的研究與應用對于實(shí)現交通領(lǐng)域減碳、緩解能源壓力以及保障電網(wǎng)的穩定、高效運行具有重要意義。盡管目前在有序充電控制、充電設施規劃、與可再生能源融合以及大規模充電調度等方面還存在諸多技術(shù)問(wèn)題，但通過(guò)不斷探索相應的解決策略，提升各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節的水平，有望實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的和諧共生、協(xié)同發(fā)展，為我國乃至全球應對能源與環(huán)境挑戰、達成雙碳目標貢獻積極力量。未來(lái)，還需進(jìn)一步關(guān)注技術(shù)的更新迭代以及市場(chǎng)和政策環(huán)境的變化，持續完善相關(guān)技術(shù)體系，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)更好地服務(wù)于雙碳戰略。

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