安科瑞 陳聰

摘要： 隨著(zhù)全球對環(huán)境保護和可持續發(fā)展的關(guān)注度不斷提升，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了發(fā)展機遇。車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為連接電動(dòng)汽車(chē)與外部環(huán)境的關(guān)鍵紐帶，為實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)群的有序充電提供了嶄新的技術(shù)手段。本研究深入剖析車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電優(yōu)化策略，多方面探討其在能源利用、電網(wǎng)穩定等多方面的重要意義，詳細分析面臨的諸多挑戰，并提出一系列行之有效的優(yōu)化方法。闡述安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺在推動(dòng)有序充電進(jìn)程中的貢獻，該平臺通過(guò)整合充電資源、優(yōu)化調度機制以及提升用戶(hù)體驗等多維度功能，為電動(dòng)汽車(chē)群有序充電的大規模應用提供了堅實(shí)的技術(shù)支撐與運營(yíng)保障，對未來(lái)智能交通與能源管理領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展具有深遠意義。

關(guān)鍵詞：車(chē)聯(lián)網(wǎng)；電動(dòng)汽車(chē)群；有序充電；安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

一、引言

在當今時(shí)代，傳統燃油汽車(chē)所帶來(lái)的環(huán)境污染與能源危機問(wèn)題日益嚴峻，電動(dòng)汽車(chē)因其*排放或低排放特性成為全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉型升級的核心方向。然而，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)保有量呈指數級增長(cháng)，其無(wú)序充電行為給電力系統帶來(lái)了一系列嚴峻挑戰。例如，在用電高峰期，大量電動(dòng)汽車(chē)集中充電會(huì )導致電網(wǎng)負荷急劇攀升，進(jìn)一步加劇峰谷差，降低電網(wǎng)設備的運行效率與使用壽命；同時(shí)，可能引發(fā)電壓波動(dòng)、諧波污染等電能質(zhì)量問(wèn)題，嚴重影響電力系統的安全穩定運行以及其他電力用戶(hù)的正常用電。車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展為解決這些問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑，它借助通信技術(shù)與信息處理手段，構建起電動(dòng)汽車(chē)、充電設施、電網(wǎng)以及用戶(hù)之間的緊密信息交互網(wǎng)絡(luò )，從而為實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)群的有序充電提供了可能，這對于推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展以及構建智能、有效、綠色的能源體系具有關(guān)鍵的戰略意義。

二、車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電的意義

2.1削峰填谷

在電力系統的運行過(guò)程中，負荷的峰谷差一直是影響系統運行效率與經(jīng)濟性的重要因素。電動(dòng)汽車(chē)群的無(wú)序充電往往會(huì )與居民用電、工業(yè)用電等常規用電負荷疊加，使得電網(wǎng)在特定時(shí)段承受巨大的負荷壓力。而有序充電策略則能夠充分利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)所提供的信息優(yōu)勢，準確掌握每輛電動(dòng)汽車(chē)的充電需求與可調度時(shí)間窗口。通過(guò)制定靈活的充電計劃，引導電動(dòng)汽車(chē)在電網(wǎng)負荷低谷期進(jìn)行充電，例如深夜時(shí)段，此時(shí)電力供應相對充裕且電價(jià)較低。在負荷高峰期，如傍晚居民用電高峰時(shí)段，則適當控制或減少電動(dòng)汽車(chē)的充電功率，甚至暫停部分非緊急充電需求的電動(dòng)汽車(chē)充電。這樣一來(lái)，能夠有效平滑電網(wǎng)的負荷曲線(xiàn)，顯著(zhù)降低峰谷差，提高電網(wǎng)設備的利用率，減少為滿(mǎn)足尖峰負荷而額外建設的發(fā)電與輸電設施投資，從而大幅降低電網(wǎng)的整體運行成本，實(shí)現電力資源的優(yōu)化配置與有效利用。

2.2提升電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是衡量電力系統運行穩定性與可靠性的重要指標。當大量電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)接入電網(wǎng)進(jìn)行充電時(shí)，由于充電設備的非線(xiàn)性特性以及充電電流的隨機性，易引發(fā)一系列電能質(zhì)量問(wèn)題。例如，充電過(guò)程中的諧波電流注入電網(wǎng)，會(huì )導致電壓波形畸變，影響其他電力設備的正常運行，降低其使用壽命；瞬間的大功率充電需求可能引起電壓波動(dòng)與閃變，對敏感電力設備造成損害，甚至影響到周邊居民的正常用電體驗。而車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的有序充電策略能夠通過(guò)智能調度與控制，對電動(dòng)汽車(chē)群的充電過(guò)程進(jìn)行精細化管理。根據電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓、電流等電能質(zhì)量參數以及各區域的負荷分布情況，合理分配充電功率與時(shí)間，避免大規模集中充電所帶來(lái)的沖擊性負荷。同時(shí)，采用諧波抑制技術(shù)與無(wú)功補償策略，對充電設備進(jìn)行優(yōu)化控制，有效減少諧波電流的產(chǎn)生與注入，維持電網(wǎng)電壓的穩定，從而多面提升電能質(zhì)量，保障電力系統的安全穩定運行以及其他電力用戶(hù)的正常用電權益。

2.3促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)普及

電動(dòng)汽車(chē)的廣泛普及不僅僅取決于車(chē)輛本身的性能與價(jià)格，充電設施的便利性與充電體驗也是至關(guān)重要的影響因素。在無(wú)序充電模式下，由于缺乏有效的統籌規劃與管理，往往會(huì )出現充電設施利用率不均的情況，部分熱門(mén)區域的充電樁長(cháng)時(shí)間處于排隊等待狀態(tài)，而一些偏遠區域的充電樁則閑置率較高。這不僅增加了用戶(hù)的充電等待時(shí)間與焦慮感，降低了用戶(hù)對電動(dòng)汽車(chē)的使用滿(mǎn)意度，還在一定程度上阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步推廣。車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的有序充電優(yōu)化策略能夠借助大數據分析與智能預測技術(shù)，深入了解不同區域、不同時(shí)間段的充電需求分布規律?；诖?，通過(guò)合理規劃充電設施的布局與建設，優(yōu)化充電資源的配置，提高充電設施的整體利用率。同時(shí)，為用戶(hù)提供個(gè)性化的充電服務(wù)推薦，如根據用戶(hù)的出行計劃與電池剩余電量，提前預約合適的充電時(shí)間與地點(diǎn)，并提供實(shí)時(shí)的充電狀態(tài)查詢(xún)與導航引導功能。這樣能夠大大地提升用戶(hù)的充電體驗，增強用戶(hù)對電動(dòng)汽車(chē)的使用信心與滿(mǎn)意度，從而有力地促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)在全社會(huì )的廣泛普及，加速交通領(lǐng)域的能源轉型進(jìn)程。

三、車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電面臨的挑戰

3.1信息交互復雜性

車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)龐大而復雜的信息交互系統，涵蓋了海量的電動(dòng)汽車(chē)、種類(lèi)繁多的充電設施、龐大復雜的電網(wǎng)以及需求各異的用戶(hù)群體。在這個(gè)系統中，信息的種類(lèi)豐富，包括電動(dòng)汽車(chē)的電池狀態(tài)信息（如電量、健康度、充電倍率等）、位置信息、行駛計劃信息；充電設施的類(lèi)型、規格、運行狀態(tài)信息；電網(wǎng)的實(shí)時(shí)負荷信息、電能質(zhì)量信息、電價(jià)政策信息；用戶(hù)的充電偏好信息、出行習慣信息等。這些信息不僅數據量巨大，而且具有高度的動(dòng)態(tài)性與實(shí)時(shí)性要求，需要在不同主體之間進(jìn)行快速、準確、安全的傳輸與交互。然而，由于不同設備與系統之間的通信協(xié)議差異、數據格式不統一以及網(wǎng)絡(luò )安全隱患等問(wèn)題，導致信息交互面臨諸多困難。例如，部分老舊充電設施可能采用的是早期的通信標準，與新型電動(dòng)汽車(chē)或電網(wǎng)管理系統之間的兼容性較差，無(wú)法實(shí)現有效的數據傳輸；在信息傳輸過(guò)程中，容易受到網(wǎng)絡(luò )攻擊、數據泄露等安全威脅，影響用戶(hù)隱私與電網(wǎng)運行安全。因此，如何構建一個(gè)統一、有效、安全的信息交互平臺，確保車(chē)聯(lián)網(wǎng)中各類(lèi)信息的順暢流通與有效利用，是實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)群有序充電面臨的首要挑戰。

3.2用戶(hù)充電需求多樣性

電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)群體具有高度的多樣性，其充電需求受到多種因素的綜合影響。首先，不同用戶(hù)的出行習慣差異巨大，部分用戶(hù)主要用于日常通勤，其充電時(shí)間相對固定且集中在下班后或夜間；而另一些用戶(hù)則可能從事物流配送、出租車(chē)運營(yíng)等行業(yè)，其充電需求具有隨機性與高頻次特點(diǎn)，需要在運營(yíng)間隙快速充電以維持車(chē)輛的持續運行。其次，用戶(hù)的行駛里程需求也各不相同，一些短途出行用戶(hù)可能只需少量充電即可滿(mǎn)足日常需求，而長(cháng)途出行用戶(hù)則對電池續航里程與充電速度有更高的要求。此外，用戶(hù)對于充電成本的敏感度也存在差異，部分用戶(hù)愿意為了節省充電時(shí)間而選擇在高峰時(shí)段使用快充服務(wù)，即使電價(jià)較高；而另一些注重經(jīng)濟性的用戶(hù)則更傾向于在電價(jià)低谷時(shí)段進(jìn)行慢充。這種用戶(hù)充電需求的多樣性使得在制定統一的有序充電策略時(shí)面臨巨大挑戰。如何在滿(mǎn)足電網(wǎng)整體運行要求的前提下，充分考慮不同用戶(hù)的個(gè)性化需求，兼顧充電效率、成本與用戶(hù)滿(mǎn)意度，是實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)群有序充電優(yōu)化管理的關(guān)鍵難點(diǎn)之一。

3.3電網(wǎng)承載能力不確定性

電網(wǎng)的承載能力并非一成不變，而是受到多種復雜因素的動(dòng)態(tài)影響。一方面，電力系統的負荷本身具有明顯的時(shí)變性與季節性特征，在不同的時(shí)間段（如工作日與節假日、夏季與冬季），居民用電、工業(yè)用電等常規負荷的需求差異較大，這使得電網(wǎng)在不同時(shí)期能夠分配給電動(dòng)汽車(chē)充電的剩余容量存在很大不確定性。另一方面，隨著(zhù)分布式能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電系統）在電網(wǎng)中的廣泛接入，其發(fā)電功率的隨機性與間歇性進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)運行狀態(tài)的復雜性。例如，在晴朗的白天，太陽(yáng)能發(fā)電系統可能會(huì )產(chǎn)生大量的電能，使得電網(wǎng)在該時(shí)段的承載能力相對較強；但在夜間或陰天等情況下，太陽(yáng)能發(fā)電功率驟降，電網(wǎng)的供電能力則會(huì )相應減弱。此外，電網(wǎng)中的設備故障、線(xiàn)路檢修等突發(fā)情況也會(huì )對電網(wǎng)的承載能力產(chǎn)生臨時(shí)性的影響。在這種電網(wǎng)承載能力不確定性的背景下，如何實(shí)時(shí)、準確地評估電網(wǎng)的可用容量，并據此動(dòng)態(tài)調整電動(dòng)汽車(chē)群的有序充電策略，以確保電網(wǎng)的安全穩定運行，是車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電面臨的又一嚴峻挑戰。

四、車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電優(yōu)化策略

4.1基于價(jià)格激勵的優(yōu)化策略

通過(guò)制定分時(shí)電價(jià)、峰谷電價(jià)等價(jià)格機制，引導用戶(hù)在電價(jià)較低的時(shí)段進(jìn)行充電。建立電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)響應模型，根據電價(jià)變化調整充電功率和時(shí)間，以實(shí)現電網(wǎng)負荷的優(yōu)化。

4.2基于智能調度的優(yōu)化策略

利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)獲取電動(dòng)汽車(chē)的電池狀態(tài)、位置、預計充電時(shí)間等信息，結合電網(wǎng)負荷預測，通過(guò)智能算法對電動(dòng)汽車(chē)群進(jìn)行充電調度。例如，采用遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等優(yōu)化充電順序和充電功率分配，使充電負荷與電網(wǎng)負荷相匹配。

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

車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)群有序充電對于提高電網(wǎng)運行效率、促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。盡管面臨諸多挑戰，但通過(guò)合理的優(yōu)化策略如基于價(jià)格激勵和智能調度等方法可以有效改善充電管理。安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺憑借其完善的功能在助力有序充電開(kāi)展方面表現出顯著(zhù)優(yōu)勢，通過(guò)整合充電資源、優(yōu)化用戶(hù)管理和智能調度等手段，為實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)群有序充電提供了有力的支持，在未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設與運營(yíng)管理中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

參考文獻：

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