淺談基於峰穀電價的電動汽車有序充電策略

hth下载地址 陳聰

摘要：麵對愈發嚴(yan) 峻的碳排放現狀，發展、清潔的電動汽車是當前社會(hui) 減少對化石能源依賴、減少空氣汙染的關(guan) 鍵方法。但電動汽車作為(wei) 一種靈活的隨機負荷，大規模地接入運行電網充電，會(hui) 對電網的安全穩定產(chan) 生負麵的影響。本文為(wei) 解決(jue) 此問題，提出了一種基於(yu) 峰穀電價(jia) 的有序充電策略，以此合理引導電動汽車用戶進行充電，助力電動汽車行業(ye) 和智能電網的穩定發展。

關(guan) 鍵詞：峰穀電價(jia) ；電動汽車；有序充電；電力需求側(ce) 管理

1研究背景

隨著社會(hui) 科技的不斷發展，人類對各領域的探索不斷加深，能源的消耗與(yu) 需求也隨之不斷攀升，二氧化碳排放量的高速增長使得全球環境發生著令人心驚的變化，工業(ye) 文明和生態文明在工業(ye) 化發展的過程中激烈碰撞。中國作為(wei) 全球二氧化碳排放量，在溫室氣體(ti) 減排方麵麵臨(lin) 著的國際壓力。2021年10月，中國國務院印發了《2030年前碳達峰行動方案》，這將深刻重塑我國的能源結構與(yu) 產(chan) 業(ye) 結構，轉變社會(hui) 生產(chan) 方式與(yu) 人民生活方式。

電動汽車以車載電池提供的電源為(wei) 動力，是集汽車的新技術改革、電子科技發展、新材料技術和電池儲(chu) 能技術一體(ti) 的高新技術結合體(ti) ，具有高能效、低汙染、低噪音的優(you) 點，是能源需求端清潔化的重要綠色消耗設備，是全球應對溫室氣體(ti) 減排的新一代清潔交通工具。電動汽車的突出優(you) 點是：運行過程中不排放汙染環境的有害氣體(ti) ，且從(cong) 電力能源供應端而言，也具有電力獲得來源多樣性、可控性的特點，能從(cong) 如風力、太陽能、水勢能、核能等多渠道獲取電力，由此大力轉變人類對石油等能源的依賴。同時，電動汽車作為(wei) 一種靈活負載，可以充分發揮其靈活性的特點，引導電動汽車用戶利用晚間等用電低穀時進行充電行為(wei) ，以此實現電網負荷曲線的“削峰填穀”，提高電力設備的利用率，提升電力係統運行的經濟效益。所以，電動汽車的推廣覆蓋，普及大眾(zhong) 用戶是實現低碳經濟社會(hui) 轉型的重要方式，也是未來汽車發展的重要方向，這也受到全球各國及*世界汽車企業(ye) 的高度重視。為(wei) 加快電動汽車行業(ye) 的發展，各國均出台了電動汽車相關(guan) 研究激勵以及電價(jia) 補貼的政策，如美國2019年宣布將拿出5900萬(wan) 美元撥款，用於(yu) 電動汽車車載電池、電動發電機等技術研究；歐洲多國不僅(jin) 在本國建立了科技研發基金，還聯合多國加強對電池技術的研究，有望在2050年實現電動汽車100%覆蓋的目標。盡管近幾年遭遇了**疫情的“黑天鵝”事件，但全球的電動汽車市場仍然保持強勁增長勢頭，2022年電動汽車市**額有望攀升至兩(liang) 位數。這無不意味著電動汽車高速發展的時代已經來到，電動汽車大範圍覆蓋的時代即將來臨(lin) 。

2.研究意義

電動汽車是解決(jue) 溫室氣體(ti) 排放量問題的重要方法，但同時電動汽車也是不容忽視的主動負荷。近10年來，隨著電動汽車概念深入人心，充電配套設施日益完善，電動汽車覆蓋率不斷提高，所增加的充電負荷也在不斷上升。在不遠的未來，電動汽車大規模覆蓋的場景下，因為(wei) 其充電過程的隨機性和不確定性，若不經引導隨意加入電網進行充電行為(wei) ，必然會(hui) 帶來電力負荷的大幅波動，增加電網統籌調度難度，對電力係統建設及電網運行產(chan) 生嚴(yan) 重影響，所以引導電動汽車有序充電具有重要的研究意義(yi) 。

電動汽車作為(wei) 一種新型負載，有其隨機性和靈活性。而由於(yu) 電動汽車充電時間與(yu) 人們(men) 工作生活作息時間的重合，其充電負荷概率會(hui) 與(yu) 現有電網的基礎運行負荷疊加形成“峰上加峰”的過載情況，進一步加重電網負荷，使得電網中的各節點電流上升速率突增，增加重載線路和重載變電站運行難度，導致電網損耗增加，進而將加速電網運、配、輸電設備的老化，對電力係統的安全運行和電力消費者的用電體(ti) 驗都將造成了的負麵影響。同時，若是為(wei) 了滿足用電尖峰時刻的負荷，又會(hui) 對電網增容提出更高要求，不利於(yu) 電網建設的經濟性和發展性。

根據以上論述，對於(yu) 電動汽車接入電網所引起的負荷曲線峰穀差問題，有序引導用戶充電是研究的，而在這其中利用峰穀電價(jia) 的經濟引導是重要的可利用方式。智能電網作為(wei) 現在電力係統電網建設的重要發展方向，通過對電網、充電設備以及充電汽車用戶三方數據信息的分析研判，應用基於(yu) 峰穀電價(jia) 對充電用戶的有序引導策略，從(cong) 而達到對電網“削峰填穀”的目的，進而減小電網的運行損耗，增加電力係統運行的穩定性和安全性，使得三方效益化，促進電動汽車更大規模推廣應用，推動能源需求側(ce) 清潔化的轉變。

3智能電網下的電動汽車充電需求側管理

本章中，將介紹電動汽車在智能電網中的充電構架（感知層、網絡層及應用服務層），在此基礎上應用電力需求側(ce) 管理方式，以電動汽車充電需求為(wei) 核心，峰穀電價(jia) 為(wei) 手段，以此得到智能電網下的電動汽車充電需求側(ce) 管理。

和傳(chuan) 統的電網不同，智能電網著力於(yu) 信息交互與(yu) 數據聯通，電動汽車在智能電網中可以獲取更多的電網運行信息及電價(jia) 信息，而電動汽車的相關(guan) 數據也將上傳(chuan) 到電網運行的大數據網絡中。依托於(yu) 這些數據和信息，一方麵有利於(yu) 電動汽車用戶獲得更好的電力服務，而另一方麵也將有助於(yu) 供電網絡的負荷預測和控製。本節將介紹電動汽車在智能電網中的充電構架，這也是電力需求側(ce) 管理應用於(yu) 電動汽車充電需求的基礎。在智能電網中，電動汽車充電構架可以分為(wei) 3個(ge) 層次，即感知層、網絡層及應用服務層。

3.1感知層

電動汽車充電構架中的即感知層，在這個(ge) 層級中包括電動汽車（EV）感知係統和充電網絡感知係統[34]。在發生充電行為(wei) 的範圍裏裝設傳(chuan) 感器、充電汽車終端、掃描儀(yi) 器和無線射頻識別標簽等數據收集設備。電動汽車感知係統的建立包括各種通信元件和設備，並借助傳(chuan) 感器設備記錄和描述電動汽車充電行為(wei) 中的各項數據和信息，如電池信息，目標識別，GPS定位和汽車狀態，所描述和記錄的數據不僅(jin) 將記錄和保存在電動汽車數據記錄係統中，也將通過信息傳(chuan) 輸係統到達網絡層。

3.2網絡層

完成感知層的信息采集和獲取後，智能電網中的網絡層會(hui) 通過有線或者無線通信的方式得到信息。有線通訊通常用於(yu) 固定充電器的設備，通過光纖網絡，電動汽車的充電服務提供平台可以獲得正在進行充電汽車的相關(guan) 狀態信息，並由此展開信息的分析和判斷。而無線通信則將用於(yu) 非固定的電動汽車上，即可能需要獲取充電服務的移動電動汽車上。有線和無線的兩(liang) 種通訊方式可以雙渠道收集電動汽車的各項數據，尤其是充電負荷需求的相關(guan) 數據，這也使得供電網絡可以為(wei) 電動汽車提供更好的充電服務信息，並能在此基礎上提供更好的充電服務策略，達到電動汽車用戶、供電網絡運行商的共贏。

3.3應用服務層

網絡層收集和獲取數據信息後，上傳(chuan) 到應用服務層，在本層展開對各類數據的綜合判斷和分析，由應用服務層作出的優(you) 化充電服務方案和策略，是智能電網數據分析的支撐平台，也是智能電網的核心部分。應用服務層對智能電網下的電動汽車充電行為(wei) 進行全鏈條狀態分析，如充電狀態分析、充電費用計算、車載電池性能信息判斷以及與(yu) 相關(guan) 充電設備的連接信息，並對整個(ge) 電動汽車充電需求服務體(ti) 係進行優(you) 化升級和運營。

3.4電力需求側(ce) 管理

隨著電動汽車普及率不斷上升，越來越多的電動汽車充電負荷將接入電網，這必將對電網產(chan) 生影響，而智能電網中的電動汽車充電構架為(wei) 加強充電負荷的管理提供了基礎和工具，由此引入電力需求側(ce) 管理，對電動汽車充電負荷進行管理，以增加對這種靈活負荷管理的可控性和計劃性。

電力需求側(ce) 管理，是指采用有效的激勵措施[42]，從(cong) 電力的需求側(ce) 引導電力消費者改變用電習(xi) 慣和方式，由此提高電力需求側(ce) 的用電效率。這種管理技術是建設智能電網的關(guan) 鍵基礎技術，也是電網智慧化的重要部分。需求側(ce) 管理的實現對於(yu) 智能電網更好地提供電力服務有著舉(ju) 足輕重的作用[43]，也是未來電網不斷進化完善的關(guan) 鍵方向。

3.5電力需求側(ce) 管理中的經濟手段

3.5.1經濟手段分類

電力需求側(ce) 管理中的經濟手段主要基於(yu) 電價(jia) 變化的需求響應，實施差異電價(jia) 以用電電費的經濟性引導電力消費者調整用電習(xi) 慣。現階段共有三種不同的電價(jia) 類別，分別是：峰穀電價(jia) 、實時電價(jia) 和尖峰電價(jia) 。

（1）峰穀電價(jia)

峰穀電價(jia) 也稱為(wei) 峰穀分時電價(jia) ，是電力需求側(ce) 管理經濟手段中重要措施之一，它能有效地反映電網電力提供成本在不同時段的差別。峰穀電價(jia) 中對應的高峰時段電價(jia) 、平時段電價(jia) 、低穀時段電價(jia) ，三者價(jia) 格依次降低，以此引導用戶在高峰時段減少用電，在低穀時段鼓勵用電。電網運營商一般偏好於(yu) 峰穀電價(jia) 策略，因為(wei) 峰穀電價(jia) 發布之後是靜態恒定的，和實時變化策略相比運營難度小，但相比實時電價(jia) 反映供電運行成本具有一定的滯後性。

（2）實時電價(jia)

實時電價(jia) 是與(yu) 電網運行實時聯動的一種經濟激勵手段，即是說電網運營者按照每小時浮動變化的電價(jia) 向電力消費者收取費用，以此與(yu) 電力市場的實時電力生產(chan) 成本相符。而一般情況下，實時電價(jia) 由電網運營者事先提供給消費者，消費者可以靈活選擇是否響應。

（3）尖峰電價(jia)

尖峰電價(jia) 是指在峰穀電價(jia) 和實時電價(jia) 的基礎上衍生的一種電價(jia) 機製[45]，尖峰電價(jia) 在峰穀電價(jia) 的基礎上加入尖峰費率進行調節，相比實時電價(jia) ，尖峰電價(jia) 的價(jia) 格風險小，而和峰穀電價(jia) 相比又有更多的靈活性。

峰穀電價(jia) （TOU）首先根據電網的負荷曲線情況，將負荷日運行周期按照每天24小時劃分為(wei) 三個(ge) 時段，分別為(wei) 峰、平、穀。然後對不同的時段電力收費製定不同的電價(jia) ，以此引導用電用戶合理安排用電時間，改變用電消費規律，在不改變或者少改變電網原始結構的基礎上，從(cong) 整體(ti) 上鼓勵用戶共同參與(yu) 到電網負荷的削峰填穀中，提高電力係統運行的安全性和穩定性。

在本文中，不涉及峰穀分時電價(jia) 的定價(jia) 分析，故進行簡化處理，認為(wei) 峰穀電價(jia) 在一個(ge) 合理水平內(nei) ，既不影響電力生產(chan) 端參與(yu) 者的積極性，又能吸引電力消費用戶對此政策進行積極響應。

4基於峰穀電價的電動汽車有序充電策略

本章將基於(yu) 智能電網電動汽車充電需求側(ce) 管理，在峰穀電價(jia) 的經濟手段激勵下，建立電動汽車有序充電管理模型，並且引入了充電用戶守約激勵係數的概念，以此加強電動汽車用戶對於(yu) 峰穀電價(jia) 的響應程度，引導電動汽車用戶有序開展充電行為(wei) ，以此減小電網峰穀差，降低電網損耗，提高係統運行穩定性。

智能電網下的電力需求側(ce) 管理，有序充電策略由以下四個(ge) 層級組成：

1）電動汽車；

2）充電設備；

3）次級控製；

4）電網控製。

電動汽車用戶進行充電服務時，將充電涉及到的相關(guan) 信息經過有線連接傳(chuan) 遞到充電設備（充電樁或充電站通信設施），而充電設備同樣也和電動汽車發生雙向信息傳(chuan) 遞，發送控製信號到電動汽車。同時，充電設備將采集到的電動汽車充電信息及充電設備信息發送到次級控製，接受次級控製的管理，並將管理信息層層下發至電動汽車。次級控製收集本區域內(nei) 所有的充電信息，上傳(chuan) 到電網控製，電網控製對數據進行處理，進行電網穩定運行和負荷控製的策略製定，對次級控製進行負荷管理指導並下達充電計劃安排，以此達到平滑負荷曲線，減低網損的目的。

4.2電動汽車有序充電控製模型

智能電網下，供電企業(ye) 可以收集和分析電動汽車信息[57]，並接收電動汽車用戶的充電需求信息，在每個(ge) 時段更新數據，檢測有多少電動汽車用戶提出用電需求，並由此規劃充電負荷，若充電負荷對電網負荷小於(yu) 一定影響，則執行上一時段充電調度安排。、由此，采用雞群優(you) 化算法尋求電動汽車有序充電策略：

先隨機生成雞群N，雞群中的所有個(ge) 體(ti) 設定為(wei) 在階段求解完成之後確定的時間區域內(nei) 的連續時間段，且該時間段能滿足電動汽車充電用戶的充電需求；以電網負荷峰穀差為(wei) 適應值函數，以適應值函數結果將雞群N劃分為(wei) 幾個(ge) 組，雞群個(ge) 體(ti) 根據各自的位置更新策略不斷調整位置，以不斷靠近食物位置，得到個(ge) 體(ti) 的位置和適應值。

5hth下载地址充電樁收費運營雲(yun) 平台助力有序充電開展

5.1概述

AcrelCloud-9000hth下载地址充電柱收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的電動電動自行車充電站以及各個(ge) 充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，雲(yun) 閃付掃碼充電。

5.2應用場所

適用於(yu) 民用建築、一般工業(ye) 建築、居住小區、實業(ye) 單位、商業(ye) 綜合體(ti) 、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3係統結構

係統分為(wei) 四層：

1）即數據采集層、網絡傳(chuan) 輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為(wei) 標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用於(yu) 采集充電回路的電力參數，並進行電能計量和保護。

3）網絡傳(chuan) 輸層：通過4G網絡將數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、曆史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：係統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平台。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平台功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為(wei) 運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4hth下载地址充電樁雲(yun) 平台係統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個(ge) 站點的站點信息、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實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平台管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平台管理人員可通過平台查看故障信息並進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成後將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5.4.5統計分析

通過係統平台，從(cong) 充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在係統平台建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價(jia) 格策略、折扣、優(you) 惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

5.4.7運維APP

麵向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

5.4.8充電小程序

麵向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

5.5係統硬件配置

6總結

麵對越加嚴(yan) 峻的碳排放現狀，我國大力倡導能源清潔化，電動汽車將是未來新能源汽車的主要發展方向和推廣產(chan) 品，其普及和發展已成為(wei) 未來的必然趨勢。但電動汽車作為(wei) 一種靈活的隨機負荷，大規模地接入運行電網充電，對電網的安全穩定和電力需求側(ce) 管理提出了新的挑戰。首先介紹了電動汽車的發展背景，在電網充電設備和電動汽車越加緊密聯係下研究電動汽車有序充電控製管理的意義(yi) 。接著分析了智能電網下電動汽車的充電構架，即感知層、網絡層、應用服務層。在此基礎上，對智能電網下的電力需求側(ce) 管理進行了概念介紹和意義(yi) 闡述，並對電力需求側(ce) 管理的四個(ge) 主要手段進行了分析，由此引入了峰穀電價(jia) 的經濟手段對電動汽車的充電行為(wei) 進行引導。同時引入了麵向電力消費者的守約激勵係數，加大經濟手段的吸引力和價(jia) 格杠杆作用，從(cong) 而增加了電動汽車充電負荷的可預計性和可控性，以此得到了雙重約束條件下的電動汽車有序充電策略。

參考文獻：

1. 李琴.基於(yu) 峰穀電價(jia) 的電動汽車有序充電策略

[2] 張晨曦.電動汽車入網技術及社會(hui) 綜合效益研究

[3] hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版