安科瑞 陳聰

摘要：本文針對電動(dòng)車(chē)充電樁在電力系統布局及調度方面進(jìn)行深入研究，借鑒地理信息系統與電網(wǎng)模型，綜合考量電力供應的能力，大眾對電動(dòng)車(chē)出行需求，以及充電設備的安全，多因多目標優(yōu)化模型誕生。有效地確定充電樁的*優(yōu)布局方案。進(jìn)一步，考察電力系統的操作模式，電網(wǎng)的狀況及充電樁的運行成本，構思出充電樁調度模型，采納啟發(fā)式算法得出*優(yōu)調度策略。研究結果證明：此方案有力地優(yōu)化了充電樁的布局和調度，增強了電力系統的運行效力，降低了運營(yíng)成本，并充分滿(mǎn)足了電動(dòng)車(chē)用戶(hù)的充電需求。有益于推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)可持續發(fā)展的步伐，其理論和實(shí)用價(jià)值顯而易見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē)充電樁；布局調度；多目標優(yōu)化；啟發(fā)式算法；運行效率

1 電動(dòng)車(chē)充電樁在電力系統中的作用與挑戰

1.1 電動(dòng)車(chē)充電樁的基本功能與需求

電動(dòng)車(chē)充電樁是電源網(wǎng)絡(luò )和電動(dòng)車(chē)之間的重要連接點(diǎn),其主要任務(wù)就是向電動(dòng)車(chē)輸送電力以進(jìn)行充電四它的需求主要包括以下幾個(gè)方面:

充電樁必須能夠提供穩定的電力，滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的充電需求。電動(dòng)車(chē)在充電過(guò)程中需要大量的電力輸入于是充電樁須具備足夠的功率輸出才能保證電動(dòng)車(chē)的快速充電。

充電樁需能匹配多種充電接口。由于各類(lèi)電動(dòng)車(chē)的充電接口可能不同，充電樁就得支持多種類(lèi)型的充電接口以便應對各種電動(dòng)車(chē)的充電需求。

充電樁還得具備數據交互和檢測的能力，這樣它就能通過(guò)與電動(dòng)車(chē)的數據交互，實(shí)時(shí)監測電動(dòng)車(chē)的充電狀態(tài)，進(jìn)行適當的控制和管理，也可收集充電數據以便后續的分析和改進(jìn)決策。

1.2 電動(dòng)車(chē)充電樁布局的系統性挑戰

對于電動(dòng)車(chē)充電樁的布局，其實(shí)是探討駐點(diǎn)電池加注設施如何在都市或者特定片區內達到理想的分布狀態(tài)，以便能因應電動(dòng)車(chē)的供電訴求。電池加注設施的擺設得當與否，對電池充電的速率和方便度有著(zhù)直接的影響，同時(shí)也對電力系統的荷載均衡、以及電力網(wǎng)絡(luò )的運行等諸多方面，帶來(lái)了諸多的挑戰和思考。

在考慮電池加注設施的布局時(shí)，電動(dòng)車(chē)這個(gè)實(shí)體的聚集特點(diǎn)是需考量的要素。據研究，電力車(chē)輛的供電訴求，多發(fā)生于特定的場(chǎng)所，例如停車(chē)區、商業(yè)街道等。在規劃電池加注設施的布局時(shí)，充分體現電動(dòng)車(chē)的這種聚集特性是不可忽視的”,將電池加注設施的駐點(diǎn)設置在的區域附近，為電動(dòng)車(chē)用戶(hù)提供*便捷，*合理的服務(wù)。

設計充電站的方案不僅要回應電力系統的負荷能力和接入約束，還要立足于電動(dòng)車(chē)充電需求的時(shí)序特性。萬(wàn)一大部分電動(dòng)車(chē)在同一時(shí)刻充電，電網(wǎng)就會(huì )遭受負載壓力的沖擊，有可能引起電力系統的電壓不穩及供電短缺。因此，布放充電樁的各個(gè)地點(diǎn)應謹慎選擇，借以對抗負荷激增的窘境。

同時(shí)充電站的設置同樣需側重城市發(fā)展和交通運輸的綜合效應。充電樁應該建構在城市使用土地的規劃中，其目的在于預防城市交通和環(huán)境進(jìn)展的破損。布置充電樁還銘記于如今的交通網(wǎng)絡(luò )和運動(dòng)必要，就此電動(dòng)車(chē)可以享受到便利的充電服務(wù)。

1.3 電動(dòng)車(chē)充電樁調度的優(yōu)化需求

關(guān)于電動(dòng)車(chē)充電樁的調度，揭示了如何有效管理充電樁資源，滿(mǎn)載不同車(chē)輛的充電需要。優(yōu)化充電樁調度的需求可以歸結為以下幾點(diǎn):

充電樁的管理需觀(guān)察電動(dòng)車(chē)的充電需求及優(yōu)先級，電動(dòng)車(chē)的充電需求各有差異，其中，部分電動(dòng)車(chē)燃眉之急需要充電，而部分車(chē)輛則有靈活性可以調整充電時(shí)間。應優(yōu)先考慮緊急充電需求，之后適當分配剩余資源。

充電樁的管理還應謹慎考察電網(wǎng)的運行狀況和負荷平衡。電網(wǎng)負荷平衡關(guān)乎到電力系統的穩定性，充電樁的調度須遵從電網(wǎng)的負荷分配策略，根據電力系統實(shí)時(shí)負荷狀況去做出動(dòng)態(tài)的充電樁資源調度，既維護了電網(wǎng)的負荷平衡，又滿(mǎn)足了電動(dòng)車(chē)的充電需求。

電動(dòng)車(chē)充電費用與電價(jià)緊密相聯(lián)，此一現象細化至充電樁調度過(guò)程，電價(jià)因素亦不得忽視?？神{馭的電價(jià)使得電動(dòng)車(chē)有能力選取適宜的充電樁、且能夠斟的采取*佳充電策略。

2 多目標優(yōu)化模型的構建與求解

2.1 基于地理信,息系統與電網(wǎng)模型的充電樁布局優(yōu)化模型

電動(dòng)車(chē)充電樁布局與電力系統的穩定和效果息息相關(guān)。全文主要講解如何運用地理信息系統和電網(wǎng)模型來(lái)優(yōu)化充電樁布局面制定出優(yōu)化模型。

地理信息系統(GIS)負責收集充電需求以及充電樁的地理分布信息。GIS給出精確數據，例如道路網(wǎng)絡(luò )、用地狀態(tài)和人口密集程度等”,這些參數對于充電樁的合理布局起著(zhù)至關(guān)重要的作用。有了GI，便可以分析實(shí)際充電需求，和充電樁的分布情況，從面確定*有效的布局方案。

電力系統包含了輸電線(xiàn)、變電場(chǎng)以及負荷節點(diǎn)等各項信息，所有這些信息都被電網(wǎng)模型所囊括。構建如此模型的意義在于，使人們能準確預測不同地區的充電需求，明確充電樁對電力系統產(chǎn)生的影響。

借助地理信息系統(GIS)和電網(wǎng)模型的能力，人們可建立一個(gè)充電樁布局優(yōu)化模型。此模型的目標是在確保充電需求得以滿(mǎn)足的同時(shí)，使電力系統和建設充電樁的成本盡可能地降低。模型需考諸多因素，包括但不限于充電樁的容量、數量以及所處之位置等。

對于充電樁布局優(yōu)化模型的計算解決，有一種被稱(chēng)為啟發(fā)式算法的方法可以使用。啟發(fā)式算法的基本理念是通過(guò)搜索和優(yōu)化來(lái)獲得近似的*優(yōu)方案。常用的啟發(fā)式算法包括遺傳算法、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化算法等。這些算法可以根據具體問(wèn)題的特點(diǎn)和約束條件，選擇合適的算法進(jìn)行求解。

2.2 考慮電力運行方式與電網(wǎng)狀態(tài)的充電樁調度優(yōu)化模型

充電樁的調度是指在充電需求和電力系統運行狀態(tài)的基礎上，合理安排充電樁的輸出功率和充電時(shí)段,以實(shí)現電力系統的穩定運行和充電需求的滿(mǎn)足。

為了構建充電樁調度優(yōu)化模型，需要考慮電力系統的運行方式和發(fā)布系數。電力系統的運行方式可以分為基于傳統發(fā)電方式和可再生能源發(fā)電方式。調度模型需要根據電力系統的運行方式，合理安排充電的使用策略，以便滿(mǎn)足充電需求的減少對傳統發(fā)電方式的依賴(lài)。

另外，電網(wǎng)狀態(tài)也是充電樁調度優(yōu)化模型考慮的重要因素。電網(wǎng)狀態(tài)包括電力負荷、電力供給和電力網(wǎng)絡(luò )拓撲等信息。調度模型需要根據電網(wǎng)狀態(tài)，合理安排充電樁的充電功率和充電時(shí)段，以降低電力系統負荷峰值、優(yōu)化電力供給和減少輸電損耗。

通過(guò)考慮電力運行方式和電網(wǎng)狀態(tài)，可以構建充電樁調度優(yōu)化模型。該模型的目標是在滿(mǎn)足充電需求和電力系統的穩定運行的前提下，*大化充電樁的利用率和電力系統的效率。

2.3 啟發(fā)式算法在充電樁布局與調度優(yōu)化中的應用

啟發(fā)式算法在充電樁布局和調度優(yōu)化中具有廣泛的應用。啟發(fā)式算法可以通過(guò)搜索和優(yōu)化的方式，得到近似*優(yōu)解。

在充電樁布局優(yōu)化中，啟發(fā)式算法可以根據充電需求和地理信息等因素，選擇合適的充電樁容量、數量。通過(guò)啟發(fā)式算法求解充電樁布局優(yōu)化模型，可以*大限度地滿(mǎn)足充電需求并降低電力系統的成本

在充電樁調度優(yōu)化中，啟發(fā)式算法可以根據電力運行方式和電網(wǎng)狀態(tài)，合理安排充電樁的輸出功率和充電時(shí)段。通過(guò)啟發(fā)式算法求解充電樁調度優(yōu)化模型，可以減少電力系統負荷峰值、優(yōu)化電力供給和降低輸電損耗。

啟發(fā)式算法的優(yōu)點(diǎn)是可以在較短的時(shí)間內求解近似*優(yōu)解，適用于大規模的充電樁布局和調度優(yōu)化問(wèn)愿。啟發(fā)式算法具有較好的魯棒性和適應性，可以靈活應對電力系統的變化和不確定性。

未來(lái)，啟發(fā)式算法在充電樁布局與調度優(yōu)化中的應用前景廣闊。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)的普及和電力系統的發(fā)展，充電樁布局與調度優(yōu)化將成為重要的研究方向。通過(guò)基于啟發(fā)式算法的優(yōu)化方法，可以實(shí)現電動(dòng)車(chē)的高效充電和電力系統的穩定運行，推動(dòng)電動(dòng)車(chē)可持續發(fā)展，

3 優(yōu)化方法的效果評估與應用前景

3.1 實(shí)驗方法與評估指標

實(shí)驗方法在優(yōu)化充電樁布局與調度策略研究中占據重要地位，模擬實(shí)際運行情況評估優(yōu)化策略的實(shí)效性與可行性。此次實(shí)驗選取的實(shí)驗場(chǎng)景為城市密集區域，在考慮地理信息系統、電網(wǎng)模型以及實(shí)際電力運營(yíng)方式等多因素的影響下，采用動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行實(shí)驗。

具體來(lái)講，根據電動(dòng)車(chē)數量、使用頻率以及電網(wǎng)運行狀態(tài)設定一定的需求場(chǎng)量。再根據各種場(chǎng)，模擬充電樁的布局與調度策略，通過(guò)多次選代，找到*優(yōu)或者接近*優(yōu)的布局與調度方案口,引入啟發(fā)式算法通過(guò)自適應調整調度策略和布局方案，進(jìn)一步降低運營(yíng)成本和提高運行效率。

在評估指標的選擇上，主要考慮以下幾個(gè)方面:充電樁布局的合理性、充電樁調度的效率、電力系統運行的穩定性和運營(yíng)成本的合理性。

充電樁布局的合理性是影響電動(dòng)車(chē)充電服務(wù)水平的重要因素。該評估指標依據地理信息系統數據評估充電樁的空間分布是否合理，及時(shí)滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的充電需求。

充電樁調度的效率主要反映電動(dòng)車(chē)的充電等特時(shí)間，此指標通過(guò)調度策略、電動(dòng)車(chē)充電需求動(dòng)態(tài)變化以及充電樁實(shí)時(shí)狀態(tài)數據進(jìn)行評估。

電力系統運行的穩定性是衡量整個(gè)電力系統健康運行的關(guān)鍵指標，其包括電動(dòng)車(chē)充電對電網(wǎng)載流量、電壓等運行參數的影響。

運營(yíng)成本的合理性涉及電動(dòng)車(chē)充電服務(wù)的經(jīng)濟性采用生命周期成本法，結合電動(dòng)車(chē)使用、充電樁建設以及運營(yíng)管理等因素對運營(yíng)成本進(jìn)行全面考慮。

綜合這四方面的評估指標，可以全面、深入地評估充電樁布局與調度優(yōu)化模型的有效性與可行性。在未來(lái)的研究中，將進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗方法與評估指標，以期更系統、更有效地推動(dòng)電動(dòng)車(chē)充電樁的布局與調度策略?xún)?yōu)化工作的進(jìn)行。

3.2 優(yōu)化方法對電力系統運行效率和運行成本的影響

優(yōu)化方法應用于電力系統中電動(dòng)車(chē)充電樁的布局與調度，直接涉及到電力系統的運行效率和運行成本。具體表現為通過(guò)優(yōu)化充電樁的布局和調度，能顯著(zhù)提高電力系統的運行效率，降低系統運行的總成本。

針對電力系統運行效率，優(yōu)化方法對其產(chǎn)生的影響主要體現在以下幾個(gè)方面。一方面，通過(guò)充電樁布局優(yōu)化，可以有效均衡充電需求和電網(wǎng)供電能力之間的關(guān)系，避免出現因充電需求集中面引發(fā)的電網(wǎng)負荷過(guò)高，從而提高整個(gè)電力系統的運行效率和穩定性，優(yōu)化 電動(dòng)車(chē)充電設備的特性定們可以起到等待時(shí)間，也即提升了充電服務(wù)的效率，對于推動(dòng)電動(dòng)車(chē)的普及發(fā)展具有重要意義。

另一方面，通過(guò)充電樁調度優(yōu)化，可以根據電網(wǎng)的運行狀態(tài)和電動(dòng)車(chē)的充電需求實(shí)時(shí)進(jìn)行充電調度，比如在夜間電網(wǎng)負荷低的時(shí)期增大充電速度，在早晚高峰時(shí)段適當控制充電速度等，這種動(dòng)態(tài)的、智能的充電調度方式可以極大地提高電力系統的負荷平滑程度，增強電力系統的運行效率。

就電力系統運行成本而言，優(yōu)化方法對其的影響主要體現在以下幾個(gè)方面。一方面，充電樁布局優(yōu)化可以有效減少冗余建設，降低充電樁的建設和運營(yíng)成本。更為重要的是，通過(guò)充電樁布局優(yōu)化，可以更好地利用現有的電力資源，減少新建電源或者升級電網(wǎng)設施的需求，從而顯著(zhù)降低電力系統的總成本。

另一方面，充電樁調度優(yōu)化可實(shí)現充電的峰谷錯時(shí)，抑制電網(wǎng)高峰，填補電網(wǎng)谷部，使得電網(wǎng)負荷更平滑，有利于節省電力系統的運行成本。因為電力系統的運行成本與其負荷特性密切相關(guān)，負荷波動(dòng)大，峰谷差大意味著(zhù)需要更多的備用容量，也就意味著(zhù)更高的運行成本。

由于電動(dòng)車(chē)充電設備的特性，它們可以起到一定的儲能作用，通過(guò)充電樁調度優(yōu)化，可以實(shí)現電動(dòng)車(chē)的峰谷錯電，這樣不僅可以提高電力系統的運行效率而且可以進(jìn)一步壓低電力系統的運行成本。

在實(shí)際的運行過(guò)程中，電動(dòng)車(chē)充電樁布局和調度的優(yōu)化還可以避免裝置的過(guò)度運行和磨損，提高設備的使用壽命，從而進(jìn)一步降低了系統的運行和維護成本。由于優(yōu)化的調度方式減少了電網(wǎng)的過(guò)載運行，可以有效避免電網(wǎng)故障，增加電力系統的安全性。

4安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統選型方案

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

5 結束語(yǔ)

本研充聚焦電力系統中電動(dòng)車(chē)充電樁的布局與調度優(yōu)化問(wèn)題，采用地理信息系統與電網(wǎng)模型、多目標優(yōu)化模型以及啟發(fā)式算法，開(kāi)創(chuàng )性地構建了一套充電樁布局與調度優(yōu)化方案。實(shí)踐證明該方法能大幅提升電力系統的運行效率、壓低運營(yíng)成本，并在滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)用戶(hù)的充電需求的同時(shí)，對推廣電動(dòng)汽車(chē)的可持續發(fā)展起到了積極推動(dòng)的功效。然而，本研究仍存在一定局限性。一方面，對電動(dòng)車(chē)出行需求的預測精度以及電力系統供應能力存在不確定性，可能影響到優(yōu)化結果的實(shí)際執行效果。另一方面，優(yōu)化模型算法的效率及穩健性還有待進(jìn)一步提升，以應對電動(dòng)車(chē)充電需求的緊急變動(dòng)和電網(wǎng)突發(fā)事件。未來(lái)工作將致力于改進(jìn)預測模型，增強電力系統供應能力預測的準確性；優(yōu)化算法，提升模型求解的效率和穩健性；進(jìn)一步根據市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展趨勢，改進(jìn)充電樁布局與調度策略，以適應電動(dòng)汽車(chē)充電需求的多樣化和動(dòng)態(tài)化，為電動(dòng)汽車(chē)的普及與長(cháng)遠發(fā)展提供更強大的技術(shù)支持。

參考文獻

1. 劉強,郭卓毅,黃字星,鹿婕,胡文妍.電動(dòng)汽車(chē)充電設施的布局、建設及運營(yíng)研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2019,43(01):287-296.

2. [2]陳科,羅飛揚,王宗欣,鄧瑞宏.基于多目標優(yōu)化的電網(wǎng)充電設施布局模型[J].電力系統自動(dòng)化.2020.44(04):18-24.

[3]袁曉鬧,高麗,陳洵,祖蓉蓉,考慮電力系統運行狀態(tài)的電動(dòng)汽車(chē)充電站優(yōu)化布局[J].電力系統自動(dòng)化.2022.46(02):87-93.

[4]林超,林振興,李昂,充電樁調度策略研究及優(yōu)化[1].電力系統保護與控制,2021,49(10):11-19.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

[6]唐利剛.電力系統中電動(dòng)車(chē)充電樁布局與調度優(yōu)化方法研究