安科瑞 陳聰

摘要：隨著(zhù)我國“3060”雙碳目標的確立，新能源汽車(chē)與可再生能源協(xié)同優(yōu)化策略研究已成為一種趨勢。本文概述了電動(dòng)汽車(chē)、新能源接入對電網(wǎng)的影響，從提升新能源消納水平采取的主要方式以及對于電動(dòng)汽車(chē)的考慮形式和約束條件兩方面綜述了考慮新能源消納的電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略研究現狀，并對相關(guān)方向未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望，旨在為推動(dòng)新能源汽車(chē)與可再生能源的高效協(xié)同發(fā)展提供參考依據。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；有序充電；新能源消納

一、引言

自《巴黎協(xié)定》以來(lái)，世界多國相繼提出了碳中和發(fā)展目標。2020年9月，我國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標，加快能源結構優(yōu)化、加速能源綠色低碳轉型勢在必行。

根據《“十四五”現代能源體系規劃》，自2012年至2021年，我國一次能源生產(chǎn)結構中化石能源占比從88.8%下降到79.7%，清潔能源消費占能源消費總量的比重由14.5%上升到25.5%?？傮w來(lái)看，化石能源占比仍然較高，且短時(shí)間內化石能源主體地位難以改變。為了實(shí)現我國“3060”碳達峰碳中和的發(fā)展目標，國務(wù)院在《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見(jiàn)》中提出要加快構建清潔低碳安全高效能源體系。因此，提升可再生能源占比、促進(jìn)可再生能源高水平消納，成為“十四五”期間我國可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵。同時(shí)，發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也是我國應對氣候變化、推動(dòng)綠色發(fā)展的戰略舉措之一。促進(jìn)新能源汽車(chē)與可再生能源高效協(xié)同，鼓勵“綠電綠用”，能夠提升可再生能源應用比例，降低新能源汽車(chē)用電成本，提高電網(wǎng)調峰調頻響應能力。

在此背景下，深入研究考慮新能源消納的電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略顯得尤為重要，本文將圍繞該主題展開(kāi)詳細探討，并對相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行展望。

二、電動(dòng)汽車(chē)、新能源接入對電網(wǎng)的影響

2.1電動(dòng)汽車(chē)對電網(wǎng)的影響

2.1.1負荷特性改變與峰谷差加劇

近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)保有量呈爆發(fā)式增長(cháng)，其充電行為使得電網(wǎng)的負荷特性發(fā)生了顯著(zhù)變化。電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間分布具有一定的集中性特點(diǎn)，很多用戶(hù)習慣在下班后或夜間進(jìn)行充電，這導致電網(wǎng)原本的負荷峰谷分布出現了明顯改變。例如，在城市居民用電場(chǎng)景中，通常傍晚時(shí)分至夜間是居民生活用電的高峰時(shí)段，而大量電動(dòng)汽車(chē)在此時(shí)集中充電，進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)的負荷峰谷差。

2.1.2電能質(zhì)量面臨挑戰

電動(dòng)汽車(chē)充電設備屬于非線(xiàn)性負載，在充電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生諧波電流注入電網(wǎng)，進(jìn)而引發(fā)一系列電能質(zhì)量問(wèn)題。一方面，諧波電流容易造成電網(wǎng)電壓畸變，使得電網(wǎng)電壓波形偏離正弦波，影響其他電氣設備的正常運行。例如，一些對電壓質(zhì)量要求較高的精密儀器設備，在電網(wǎng)電壓畸變的情況下，可能出現測量誤差增大、運行故障甚至損壞等情況。另一方面，大量電動(dòng)汽車(chē)分散且隨機的充電行為還可能導致電網(wǎng)的三相不平衡問(wèn)題，三相電壓或電流的幅值、相位出現偏差，降低電網(wǎng)的供電效率，增加線(xiàn)路損耗，嚴重時(shí)可能影響整個(gè)供電區域內電氣設備的安全穩定運行。在部分老舊小區，由于電網(wǎng)基礎設施相對薄弱，當多輛電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)充電時(shí)，電能質(zhì)量問(wèn)題尤為突出，居民家中的電器設備時(shí)常會(huì )出現閃屏、異常發(fā)熱等現象，給居民的正常生活用電帶來(lái)諸多不便。

2.1.3配電網(wǎng)容量與線(xiàn)路壓力增大

電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)需要從電網(wǎng)獲取電能，眾多電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)充電會(huì )使局部配電網(wǎng)的供電容量面臨巨大壓力。特別是在一些充電樁集中分布的區域，如大型商業(yè)中心停車(chē)場(chǎng)、住宅小區等，如果配電網(wǎng)的規劃和建設未充分考慮電動(dòng)汽車(chē)充電需求，可能出現變壓器過(guò)載、線(xiàn)路載流量超標等情況。例如，某老舊住宅小區原本的變壓器容量是按照居民生活用電需求設計的，隨著(zhù)越來(lái)越多的居民購置電動(dòng)汽車(chē)并在小區內充電，當同時(shí)充電的車(chē)輛數量超過(guò)一定限度時(shí)，變壓器長(cháng)時(shí)間處于高負荷運行狀態(tài)，不僅加速了設備的老化，還可能因過(guò)載引發(fā)跳閘事故，影響整個(gè)小區的正常供電。而且，大量的充電電流在線(xiàn)路中傳輸，會(huì )使線(xiàn)路發(fā)熱加劇，增大線(xiàn)路損耗，對線(xiàn)路的安全運行構成威脅，從長(cháng)遠來(lái)看，可能需要對配電網(wǎng)進(jìn)行升級改造以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的電動(dòng)汽車(chē)充電需求。

2.2新能源接入對電網(wǎng)的影響

2.2.1功率平衡與調度難度提升

新能源發(fā)電（如風(fēng)電、光伏發(fā)電等）具有間歇性、波動(dòng)性以及隨機性的顯著(zhù)特點(diǎn)。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率與風(fēng)速的立方成正比關(guān)系，風(fēng)速的自然變化導致風(fēng)電功率輸出極不穩定，短時(shí)間內可能出現大幅度波動(dòng)，時(shí)而滿(mǎn)發(fā)，時(shí)而功率趨近于零。同樣，光伏發(fā)電的功率輸出取決于光照強度和日照時(shí)長(cháng)，天氣狀況（晴天、陰天、多云等）以及季節變化都會(huì )使其發(fā)電功率產(chǎn)生劇烈變化。大規模的新能源接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)需要實(shí)時(shí)維持功率平衡變得愈發(fā)困難，傳統的基于穩定電源的調度方式難以適應新能源的這種特性。例如，在一個(gè)以風(fēng)電為主的地區電網(wǎng)中，當出現強風(fēng)天氣時(shí)，風(fēng)電大發(fā)，若不能及時(shí)消納或合理調節，可能導致電網(wǎng)頻率升高超出安全范圍；而在風(fēng)速較低的時(shí)段，風(fēng)電功率銳減，又需要其他電源快速補充功率缺額，這對電網(wǎng)的調度靈活性和快速響應能力是極大的考驗，增加了電網(wǎng)運行控制的復雜性和難度。

2.2.2電能質(zhì)量波動(dòng)問(wèn)題

新能源發(fā)電的波動(dòng)性同樣會(huì )引發(fā)電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題。由于新能源發(fā)電功率的頻繁變化，可能導致電網(wǎng)電壓出現波動(dòng)，在一些新能源接入比例較高的地區，電壓波動(dòng)幅度有時(shí)會(huì )超出正常允許范圍，影響到電網(wǎng)中各類(lèi)用電設備的正常運行。而且，部分新能源發(fā)電設備在轉換電能過(guò)程中也可能產(chǎn)生諧波，與電動(dòng)汽車(chē)充電諧波疊加后，進(jìn)一步惡化電網(wǎng)的電能質(zhì)量環(huán)境，使得電網(wǎng)的電壓暫降、閃變等現象時(shí)有發(fā)生，增加了對電能質(zhì)量治理的難度，對敏感負荷（如電子制造企業(yè)的生產(chǎn)設備、醫院的精密醫療儀器等）的正常運行帶來(lái)潛在風(fēng)險。

2.2.3對電網(wǎng)穩定性的潛在威脅

新能源的分散式接入以及大規模并網(wǎng)，改變了電網(wǎng)的潮流分布和網(wǎng)絡(luò )結構，給電網(wǎng)的穩定性帶來(lái)了諸多潛在威脅。一方面，新能源發(fā)電的隨機性使得電網(wǎng)的運行狀態(tài)難以精確預測，電網(wǎng)在應對故障或擾動(dòng)時(shí)的恢復能力受到挑戰。例如，當電網(wǎng)發(fā)生局部故障后，新能源發(fā)電單元由于缺乏有效的慣性支撐，可能無(wú)法像傳統火電、水電那樣提供穩定的有功功率和無(wú)功功率，延緩電網(wǎng)的恢復過(guò)程，甚至可能引發(fā)連鎖故障，擴大停電范圍。另一方面，新能源接入點(diǎn)的增多，使得電網(wǎng)的短路電流水平、系統阻尼特性等關(guān)鍵參數發(fā)生變化，需要重新評估和優(yōu)化電網(wǎng)的保護配置、安全穩定控制策略等，以保障電網(wǎng)在各種工況下的安全穩定運行，否則可能因保護誤動(dòng)或拒動(dòng)等情況，影響電網(wǎng)的可靠供電。

三、考慮新能源消納的電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略研究現狀

3.1提升新能源消納水平采取的主要方式

3.1.1儲能技術(shù)應用

通過(guò)配置儲能系統，如鋰電池儲能、液流電池儲能等，在可再生能源發(fā)電過(guò)剩時(shí)儲存電能，在發(fā)電不足或用電高峰時(shí)段釋放電能，起到平滑功率波動(dòng)、削峰填谷的作用，有效提高新能源的消納能力。例如，在一些大型的風(fēng)電場(chǎng)附近建設配套的儲能電站，當風(fēng)速較大風(fēng)電大發(fā)時(shí)，儲能系統充電；而在風(fēng)速較小時(shí)或者用電高峰，儲能系統放電來(lái)補充電力缺口。

3.1.2需求響應機制

引導電力用戶(hù)根據電網(wǎng)運行狀況和電價(jià)信號等，調整自身用電行為。對于電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)而言，可以通過(guò)制定分時(shí)電價(jià)策略，鼓勵其在低谷電價(jià)時(shí)段充電，避開(kāi)電網(wǎng)高峰負荷時(shí)段，從而間接為新能源消納騰出空間，提高電網(wǎng)對新能源的接納能力。

3.2對于電動(dòng)汽車(chē)的考慮形式和約束條件

3.2.1考慮形式

在有序充電策略制定中，通常會(huì )考慮電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間、剩余電量、用戶(hù)出行需求等因素。比如，借助智能充電管理系統預測電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的下次出行時(shí)間，以此來(lái)合理安排充電時(shí)長(cháng)和充電功率，確保既滿(mǎn)足用戶(hù)出行需求，又能使充電行為符合電網(wǎng)整體的優(yōu)化調度要求。

3.2.2約束條件

主要包括電網(wǎng)側的容量限制、電壓約束以及線(xiàn)路載流量限制等。從電網(wǎng)安全穩定運行角度出發(fā)，不能因為電動(dòng)汽車(chē)的充電而使局部電網(wǎng)出現過(guò)載、電壓越限等問(wèn)題；同時(shí)，也要考慮用戶(hù)側的經(jīng)濟成本和使用便捷性等因素，不能因過(guò)度追求電網(wǎng)優(yōu)化而給用戶(hù)帶來(lái)過(guò)高的費用負擔或使用不便。

四、安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺助力有序充電開(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系統硬件配置

五、考慮新能源消納的電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略未來(lái)發(fā)展展望

隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和能源轉型的持續推進(jìn)，未來(lái)在該領(lǐng)域有望取得更多的突破和發(fā)展。一方面，智能電網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)一步完善，能夠更加精準地預測新能源發(fā)電功率和電動(dòng)汽車(chē)充電需求，實(shí)現更加精細化的充電調度和新能源消納管理。另一方面，隨著(zhù)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（V2G）技術(shù)的逐步成熟，電動(dòng)汽車(chē)不僅可以作為用電設備從電網(wǎng)充電，還能在電網(wǎng)需要時(shí)將自身儲存的電能反饋給電網(wǎng)，成為移動(dòng)的儲能單元，極大地提升電網(wǎng)對新能源的消納靈活性和整體的調節能力。此外，相關(guān)政策的持續完善和細化，將進(jìn)一步引導和規范電動(dòng)汽車(chē)有序充電以及新能源消納行為，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)朝著(zhù)更加綠色、高效、可持續的方向發(fā)展。

六、結論

考慮新能源消納的電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略研究對于實(shí)現我國“3060”雙碳目標，推動(dòng)能源結構優(yōu)化和綠色發(fā)展具有重要意義。本文分析了電動(dòng)汽車(chē)、新能源接入對電網(wǎng)的影響，綜述了當前相關(guān)策略的研究現狀，并詳細介紹了安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統在其中的應用與作用，最后對未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。希望通過(guò)各方的共同努力，不斷優(yōu)化相關(guān)策略和技術(shù)應用，促進(jìn)新能源汽車(chē)與可再生能源的深度協(xié)同，助力我國早日實(shí)現碳達峰碳中和目標。

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