安科瑞 陳聰

摘要：隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)保有量的迅速增長(cháng)以及微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)與微電網(wǎng)的互動(dòng)日益密切。本文深入研究了基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電優(yōu)化策略，分析了微電網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)充電的特點(diǎn)及相互影響，提出了多種優(yōu)化目標和相應的有序充電策略，并詳細探討了安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺在助力有序充電開(kāi)展方面的作用。通過(guò)理論分析和實(shí)際案例驗證，旨在實(shí)現微電網(wǎng)的穩定有效運行和電動(dòng)汽車(chē)充電的合理化、經(jīng)濟化，為解決電動(dòng)汽車(chē)充電對微電網(wǎng)的影響提供有效方案。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；電動(dòng)汽車(chē)；有序充電；優(yōu)化策略；安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

一、引言

在全球能源轉型和可持續發(fā)展的大背景下，電動(dòng)汽車(chē)作為一種清潔、有效的交通工具得到了廣泛推廣。然而，大量電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)序充電行為給電力系統，尤其是微電網(wǎng)帶來(lái)了諸多挑戰，如負荷峰谷差變大、電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)運行效率降低等。因此，如何在滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電需求的同時(shí)，實(shí)現基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電，成為當前電力領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重要課題。

二、微電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)充電概述

2.1微電網(wǎng)的結構與特點(diǎn)

微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關(guān)負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統，它既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也能在電網(wǎng)故障等特殊情況下孤島運行。其具有靈活性高、對本地能源利用充分、可靠性強等特點(diǎn)，能夠有效整合可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等，實(shí)現能源的分布式供應和優(yōu)化配置，為用戶(hù)提供更加穩定和清潔的電力。

2.2電動(dòng)汽車(chē)充電方式及對微電網(wǎng)的影響

電動(dòng)汽車(chē)充電方式主要包括常規充電、快速充電等。常規充電功率相對較小，充電時(shí)間較長(cháng)，一般適用于家庭充電和夜間充電場(chǎng)景；快速充電功率較大，能夠在短時(shí)間內為電動(dòng)汽車(chē)補充大量電量，但對電網(wǎng)的沖擊也較大。大量電動(dòng)汽車(chē)集中在用電高峰時(shí)段充電，會(huì )導致微電網(wǎng)負荷急劇增加，加大電網(wǎng)峰谷差，可能引起電壓波動(dòng)、諧波污染等電能質(zhì)量問(wèn)題；而在低谷時(shí)段若充電資源利用不足，則會(huì )造成能源浪費。此外，電動(dòng)汽車(chē)充電負荷的隨機性和不確定性也給微電網(wǎng)的運行控制帶來(lái)了困難。

三、基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電優(yōu)化目標

3.1削峰填谷

通過(guò)合理引導電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，將充電負荷從電網(wǎng)高峰時(shí)段轉移到低谷時(shí)段，降低微電網(wǎng)的峰谷差，提高電網(wǎng)設備的利用率，減少電網(wǎng)的擴容成本。這不僅有助于緩解電網(wǎng)在高峰時(shí)段的供電壓力，還能充分利用低谷時(shí)段的剩余容量，實(shí)現能源的優(yōu)化配置。

3.2提高電能質(zhì)量

避免因大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電造成的電壓波動(dòng)、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題，保障微電網(wǎng)內其他用戶(hù)的用電質(zhì)量。通過(guò)有序充電策略，可以對電動(dòng)汽車(chē)的充電功率和時(shí)間進(jìn)行合理控制，減少充電過(guò)程中對電網(wǎng)的沖擊，維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩定，提高整個(gè)微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3.3降低用戶(hù)充電成本

在滿(mǎn)足用戶(hù)充電需求的基礎上，通過(guò)優(yōu)化充電策略，讓用戶(hù)能夠利用低谷電價(jià)等優(yōu)惠政策，降低整體的充電費用支出。同時(shí)，有序充電還可以減少電網(wǎng)的損耗，降低電網(wǎng)的運營(yíng)成本，從而在一定程度上也為用戶(hù)帶來(lái)間接的經(jīng)濟效益。

3.4提升微電網(wǎng)穩定性與可靠性

在保障電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)舒適度的前提下，通過(guò)準確的負荷預測和協(xié)調控制，確保微電網(wǎng)在不同運行場(chǎng)景下的穩定供電。研究還將探索如何通過(guò)有序充放電策略有效應對微電網(wǎng)中的不確定性和風(fēng)險，如可再生能源的波動(dòng)性、負荷需求的不確定性等。

3.5促進(jìn)可再生能源消納

微電網(wǎng)中通常集成了大量的可再生能源發(fā)電設備，如太陽(yáng)能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等。通過(guò)合理安排電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間，使其與可再生能源的發(fā)電時(shí)段相匹配，可以有效提高可再生能源的消納率，減少棄風(fēng)、棄光現象，實(shí)現能源的可持續利用。

四、基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電優(yōu)化策略

4.1基于電價(jià)激勵的策略

通過(guò)制定分時(shí)電價(jià)、動(dòng)態(tài)電價(jià)等機制，引導電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)主動(dòng)選擇在低谷時(shí)段充電。例如，設置夜間低谷電價(jià)明顯低于白天高峰電價(jià)，鼓勵用戶(hù)避開(kāi)高峰充電，以實(shí)現削峰填谷的效果。此外，還可以根據微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運行情況和可再生能源的發(fā)電情況，動(dòng)態(tài)調整電價(jià)，使電價(jià)更加靈活地反映電網(wǎng)的供需關(guān)系，進(jìn)一步激勵用戶(hù)參與有序充電。

4.2基于充電功率控制的策略

根據微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)負荷情況，對電動(dòng)汽車(chē)的充電功率進(jìn)行智能調控。在電網(wǎng)負荷較高時(shí)，適當降低部分電動(dòng)汽車(chē)的充電功率；在負荷低谷時(shí)，提高充電功率，確保充電過(guò)程既能滿(mǎn)足車(chē)輛需求又不對電網(wǎng)造成過(guò)大沖擊。這種策略可以通過(guò)在充電樁中安裝智能控制器來(lái)實(shí)現，控制器根據電網(wǎng)的指令自動(dòng)調整充電功率，實(shí)現對充電過(guò)程的精細化管理。

4.3基于預約充電的策略

搭建充電預約平臺，讓電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)提前預約充電時(shí)間和充電樁，平臺根據微電網(wǎng)的負荷預測情況為用戶(hù)分配合理的充電時(shí)段，提高充電的有序性和合理性。預約充電平臺可以與用戶(hù)的手機應用或車(chē)載系統相連接，方便用戶(hù)隨時(shí)隨地進(jìn)行預約和查詢(xún)。同時(shí)，平臺還可以根據用戶(hù)的歷史充電記錄和出行習慣，為用戶(hù)提供個(gè)性化的充電建議。

4.4基于智能算法的優(yōu)化策略

利用機器學(xué)習、遺傳算法、粒子群算法等智能算法，對電動(dòng)汽車(chē)的充電行為進(jìn)行優(yōu)化調度。這些算法可以根據微電網(wǎng)的運行狀態(tài)、電動(dòng)汽車(chē)的充電需求、可再生能源的發(fā)電情況等多方面因素，計算出實(shí)時(shí)充電策略，實(shí)現對電動(dòng)汽車(chē)充電的智能化管理。例如，通過(guò)遺傳算法可以在滿(mǎn)足各種約束條件的前提下，尋找出使得充電成本低、電網(wǎng)負荷小的充電方案。

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

本文圍繞基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電優(yōu)化策略展開(kāi)研究，提出了多種可行的優(yōu)化策略，并詳細闡述了安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺在其中發(fā)揮的重要作用。通過(guò)實(shí)際案例也驗證了這些策略和平臺應用的有效性。然而，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)和微電網(wǎng)的不斷發(fā)展，未來(lái)還需要進(jìn)一步深入研究如何更好地融合更多智能技術(shù)、完善平臺功能以及應對更為復雜的充電場(chǎng)景，以實(shí)現更加有效、合理的電動(dòng)汽車(chē)有序充電，促進(jìn)微電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同可持續發(fā)展。例如，可以進(jìn)一步研究如何將人工智能技術(shù)與智能算法相結合，提高充電策略的智能化水平；如何優(yōu)化平臺的用戶(hù)體驗，提高用戶(hù)參與度；如何考慮電動(dòng)汽車(chē)與微電網(wǎng)中其他分布式能源的協(xié)同優(yōu)化等。同時(shí)，還需要加強政策支持和市場(chǎng)機制的建設，為電動(dòng)汽車(chē)有序充電的推廣和應用創(chuàng )造良好的環(huán)境。

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