安科瑞 陳聰

摘要：在當今能源短缺和環(huán)境污染的背景下，電動(dòng)車(chē)輛由于其節能減排和環(huán)境保護等特性而蓬勃發(fā)展。近年來(lái)，各主要經(jīng)濟體紛紛出臺政策，促進(jìn)該類(lèi)型汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售。

然而，當規?；碾妱?dòng)汽車(chē)接入時(shí)，電力系統的正常運行將受到顯著(zhù)影響。一方面，當電動(dòng)汽車(chē)的滲透率達到特定閾值后，充電資源與充電需求的時(shí)空分布之間的匹配矛盾會(huì )愈發(fā)突出，這將不可避免的降低電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的出行體驗并導致高峰時(shí)段的充電擁堵等問(wèn)題。另一方面，在夜間高滲透率電動(dòng)汽車(chē)場(chǎng)景下，完成充電后電動(dòng)汽車(chē)離網(wǎng)動(dòng)作的“一致性”會(huì )導端負荷低谷。在有限的時(shí)段內急劇減少的負荷將會(huì )迫使火電機組進(jìn)入不經(jīng)濟的深度峰值調節運行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；個(gè)性化充電導航；動(dòng)態(tài)隊列間的互作用；深度調峰；需求響應

引言

能源是人類(lèi)社會(huì )存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，對能源利用水平的提高是推動(dòng)人類(lèi)文明的不斷前行的動(dòng)力之一。從木柴到煤炭，再到石油和天然氣，伴隨著(zhù)能源消耗總量的持續增長(cháng)，人類(lèi)主要利用的能源類(lèi)型也在不斷發(fā)生著(zhù)改變。當今世界能源消耗以化石能源為主，隨著(zhù)經(jīng)濟持續發(fā)展和人民生活水平的日益提高，能源需求還將繼續增長(cháng)，據國際能源署統計，2018年，全球能源消耗折合為石油大約是142.8億噸。預計到本世紀中葉，全球能源消費還將在此基礎上增長(cháng)近50%。

傳統化石能源在生產(chǎn)、運輸和消費的全過(guò)程中均會(huì )產(chǎn)生污染物質(zhì)，不可避免的導致全球生態(tài)破壞和氣候變化。2010年4月，英國石油公司所屬“深水地平線(xiàn)”鉆井平臺發(fā)生的原油泄露事故，其中有近56萬(wàn)噸原油未經(jīng)任何處理流入大海，對周邊區域生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞?；茉丛谑褂眠^(guò)程中會(huì )產(chǎn)生的多種有害物質(zhì)，對人們的身體健康造成持續傷害，并導致氣候變暖以及酸雨等嚴重的環(huán)境問(wèn)題。在當前局勢下，發(fā)展清潔能源和能源替代技術(shù)是從技術(shù)層面解決現階段環(huán)境保護問(wèn)題的重要途徑。

1電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現狀

電動(dòng)汽車(chē)，即用自身存儲的電能作為動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)電機驅動(dòng)行駛的汽車(chē)。隨著(zhù)可充電的鉛酸電池技術(shù)的成熟，世界上首輛實(shí)用的電動(dòng)汽車(chē)出現在1881年巴黎國際電力博覽會(huì )上。得益于簡(jiǎn)單的結構和成本上的優(yōu)勢，電動(dòng)汽車(chē)在之后十幾年里發(fā)展迅速。到1900年，電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)數量已占到美國當年汽車(chē)總產(chǎn)量的85%，歐洲的大小街道上行駛的出租汽車(chē)中，每14輛中就有13輛是以電能為動(dòng)力的。進(jìn)入20世紀后，伴隨著(zhù)內燃機生產(chǎn)制造技術(shù)的進(jìn)步，尤其是福特流水線(xiàn)生產(chǎn)方式和電力汽車(chē)起動(dòng)機的發(fā)明，汽油機的使用成本迅速下降，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展陷入了停滯，*場(chǎng)*額被后者取代。

20世紀后期，情況有了轉機。首先，70年代的三次石油危機導致的嚴重能源短缺使得各主要國家工業(yè)產(chǎn)值顯著(zhù)下降，這讓人們對電動(dòng)汽車(chē)重新產(chǎn)生興趣。此外，80年代，大量消耗化石能源導致的環(huán)境惡化現象在世界范圍內逐漸凸顯，各國紛紛出臺了相關(guān)的環(huán)保法規政策來(lái)限制污染物的排放。在能源短缺與環(huán)境保護的雙重因素作用下，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)終于迎來(lái)了曙光。

2.個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略研究意義

（1）解決高滲透率電動(dòng)汽車(chē)接入下充電資源與需求時(shí)空分布不匹配問(wèn)題，提升用戶(hù)出行體驗，緩解高峰時(shí)段充電擁堵。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的普及，充電需求也在不斷增加。然而，目前充電設施的布局和數量還不能*全滿(mǎn)足需求，尤其是在高峰時(shí)段，充電資源與需求的時(shí)空分布不匹配問(wèn)題更加突出，導致充電擁堵，給用戶(hù)帶來(lái)不便。個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略可以根據用戶(hù)的需求和充電設施的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為用戶(hù)提供的充電方案，提高充電效率，緩解高峰時(shí)段充電擁堵，提升用戶(hù)出行體驗。

（2）避免夜間電動(dòng)汽車(chē)離網(wǎng)動(dòng)作“一致性”導致的負荷低谷，減輕火電機組深度調峰壓力，保障電力系統安全穩定運行。夜間，大量電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)充電，會(huì )導致電網(wǎng)負荷急劇增加，給電力系統帶來(lái)巨大壓力。而個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略可以引導用戶(hù)合理安排充電時(shí)間，避免夜間電動(dòng)汽車(chē)離網(wǎng)動(dòng)作“一致性”，從而減輕火電機組深度調峰壓力，保障電力系統安全穩定運行。

3.電動(dòng)汽車(chē)接入對電力系統的影響

3.1電動(dòng)汽車(chē)負荷特性

（1）電動(dòng)汽車(chē)充電類(lèi)型介紹不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)充電方式及其特點(diǎn)。

目前，電動(dòng)汽車(chē)主要有家用充電樁和公共充電樁兩種充電方式。

家用充電樁充電：購買(mǎi)新能源汽車(chē)后，很多人會(huì )安裝家用充電樁，隨時(shí)可以充電，較為方便。充電時(shí)，先在充電樁上設置好充電時(shí)間和停止時(shí)間，也可在手機APP中操作。將車(chē)輛熄火，關(guān)閉車(chē)內所有電源后，下車(chē)將充電樁電槍插入充電口，此時(shí)充電樁指示燈閃爍綠色或紅色。打開(kāi)手機APP，選擇私樁管理，啟動(dòng)充電，充電樁指示燈變?yōu)榫G色常亮即開(kāi)始充電。充完電后，先解鎖充電槍?zhuān)侔纬龇呕爻潆姌?，完成充電過(guò)程。

公共充電樁充電：對于無(wú)法安裝家用充電樁的人來(lái)說(shuō)，公共充電樁是常用的充電方式。將車(chē)輛停放到充電樁停車(chē)位，熄火斷電下車(chē)。手機掃碼或刷卡支付電費后，充電樁解鎖，連接到車(chē)輛充電口即可。充電啟動(dòng)后，觀(guān)察電流以及電壓是否正常，正常后可離開(kāi)車(chē)輛。待電費用完或者電量充滿(mǎn)后，會(huì )自動(dòng)斷電，先解鎖充電樁，再將槍頭取下放回充電樁上，蓋好充電蓋板，完成充電。

此外，新能源汽車(chē)還有換電站這種充電方式。一些汽車(chē)公司為了方便，建立了換電站，如北汽、蔚來(lái)等汽車(chē)公司都有自己的換電站，但目前只是專(zhuān)車(chē)專(zhuān)用，影響較大，只有找到相應品牌的換電站才能換電，且換電設備各方面配套要求高，成本也較高，推廣起來(lái)困難，很多車(chē)主還擔心換上的電池太舊。

（2）電動(dòng)汽車(chē)的旅行鏈分析電動(dòng)汽車(chē)的出行規律對充電需求的影響。

浙江迦辰新能源股份有限公司取得的*利“一種考慮車(chē)主出行規律的電動(dòng)汽車(chē)充電需求時(shí)空分布的模擬與調度優(yōu)化方法”表明，車(chē)主出行規律對電動(dòng)汽車(chē)充電需求有重要影響。

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。一般來(lái)說(shuō)，充電需求在白天較高，特別是在早晚高峰時(shí)段，因為這是駕駛員主要的出行時(shí)間；而換電需求則可能更集中在夜間或者清晨，因為這些時(shí)間段更換電池的運輸成本較低。

（3）電動(dòng)汽車(chē)充電需求分布探討電動(dòng)汽車(chē)充電需求在時(shí)間和空間上的分布特征。

充電需求在空間上呈現出分布不均的特點(diǎn)。城市由于人口密集，充電需求也更為集中。而在城市邊緣或郊區，充電需求則相對較低。

4.如何減少電動(dòng)汽車(chē)接入對電力系統的影響

4.1優(yōu)化充電策略

通過(guò)個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略，可以引導電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)合理安排充電時(shí)間和地點(diǎn)，避免充電負荷的集中出現。例如，可以在低谷時(shí)段鼓勵用戶(hù)充電，以減少對火電機組的壓力。同時(shí)，可以根據電網(wǎng)的負荷情況和火電機組的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)調整充電功率，以提高充電效率和電網(wǎng)的穩定性。

4.2加強電網(wǎng)建設

為了適應高滲透率電動(dòng)汽車(chē)的接入，需要加強電網(wǎng)的建設和改造?？梢栽黾与娋W(wǎng)的容量和靈活性，提高電網(wǎng)的接納能力和穩定性。例如，可以建設智能電網(wǎng)，實(shí)現電網(wǎng)的智能化管理和控制，提高電網(wǎng)的運行效率和可靠性。

4.3推廣可再生能源發(fā)電

可再生能源發(fā)電具有清潔、可再生的特點(diǎn)，可以減少對火電機組的依賴(lài)?？梢酝ㄟ^(guò)推廣太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，增加電網(wǎng)的清潔能源供應，降低火電機組的出力壓力。同時(shí)，可以利用電動(dòng)汽車(chē)的儲能特性，實(shí)現可再生能源的消納和存儲，提高可再生能源的利用效率。

綜上所述，高滲透率電動(dòng)汽車(chē)的接入對火電機組的運行產(chǎn)生了顯著(zhù)影響。為了減輕這種影響，需要采取優(yōu)化充電策略、加強電網(wǎng)建設和推廣可再生能源發(fā)電等措施，以實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與火電機組的協(xié)調發(fā)展。

5.個(gè)性化快充導航策略系統構成

個(gè)性化快速充電導航系統主要由車(chē)輛、充電站和電網(wǎng)等部分組成。車(chē)輛作為充電需求的發(fā)起者，其性能和狀態(tài)直接影響充電需求。充電站是提供充電服務(wù)的關(guān)鍵設施，包括快充站和慢充站等不同類(lèi)型。電網(wǎng)則為整個(gè)充電過(guò)程提供電力支持，確保充電設施能夠正常運行。

車(chē)輛具備電池管理系統，能夠實(shí)時(shí)監測電池狀態(tài)，如電量、溫度等，并與導航系統進(jìn)行交互，為用戶(hù)提供充電建議。充電站包括充電設備、監控系統和計費系統等。充電設備負責為車(chē)輛充電，監控系統實(shí)時(shí)監測充電狀態(tài)，計費系統根據充電量和充電時(shí)間進(jìn)行費用計算。電網(wǎng)通過(guò)變電站、輸電線(xiàn)路等設施將電力輸送到充電站，滿(mǎn)足車(chē)輛的充電需求。

6.源荷協(xié)同有序充電策略概述

在規?；妱?dòng)汽車(chē)接入的背景下，源荷協(xié)同有序充電策略顯得尤為重要。該策略旨在通過(guò)協(xié)調電源側與負荷側的資源，實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)充電的有序化，提高充電效率，保障電力系統的安全穩定運行。

源荷協(xié)同有序充電策略的核心是充分考慮電源側的發(fā)電能力和負荷側的充電需求，通過(guò)合理的調度和控制，實(shí)現兩者的平衡。

7安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺助力有序充電開(kāi)展

7.1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。

7.2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。

7.3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。

7.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

7.4.1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。

7.4.2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。

7.4.3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。

7.4.4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。

7.4.5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。

7.4.6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。

7.4.7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

7.4.8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。

7.5系統硬件配置

總結

本文針對規?；妱?dòng)汽車(chē)接入下的個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略進(jìn)行了深入研究。

首先，在研究背景及意義方面，指出當前國內外能源利用面臨短缺和環(huán)境污染問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)以其節能減排和環(huán)保特性蓬勃發(fā)展。接著(zhù)，分析了電動(dòng)汽車(chē)接入對電力系統的影響。從電動(dòng)汽車(chē)負荷特性入手，介紹了不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)充電方式及其特點(diǎn)，包括家用充電樁充電、公共充電樁充電和換電站充電。然后，闡述了個(gè)性化快充導航策略。介紹了基于動(dòng)態(tài)排隊互作用的個(gè)性化快速充電導航系統的構成、基本假設和工作過(guò)程。隨后，論述了源荷協(xié)同有序充電策略。概述了源荷協(xié)同有序充電策略，包括源側資源的優(yōu)化利用、荷側資源的協(xié)調管理和源荷協(xié)同的優(yōu)化調度。

綜上所述，本文對規?；妱?dòng)汽車(chē)接入下的個(gè)性化快充導航及源荷協(xié)同有序充電策略進(jìn)行了研究，為解決電動(dòng)汽車(chē)充電問(wèn)題提供了理論依據和實(shí)踐指導。但在實(shí)際應用中，還需要進(jìn)一步考慮技術(shù)成本、用戶(hù)接受度等因素，不斷優(yōu)化和完善充電策略和技術(shù)實(shí)現。未來(lái)，可以進(jìn)一步研究更加智能、的充電導航和有序充電策略，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展。

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