淺談電動汽車有序充電管理優化策略研究

hth下载地址 陳聰

摘要：節能減排、智能化、駕駛品質等的優(you) 點使得電動汽車的發展前景廣闊，國家對其的關(guan) 注度及相關(guan) 投入占比也加重，電動汽車發展迅速。其使用便捷，成本較低的特點也成為(wei) 了越來越多的人在出行時的選擇。但接踵而至的便是電動汽車充電問題，更多的電動汽車充電會(hui) 對電網造成衝(chong) 擊，但是擴大基礎設施的建設並不能馬上見效且成本較高，所以對電動汽車進行充電管理便成了見效快且低成本的方式。基於(yu) 此，研究電動汽車有序充電管理優(you) 化策略具有重要意義(yi) 。首先引入了用戶需求響應和電價(jia) 在充電市場中的作用和參與(yu) 方式，分析用戶充電特性。闡述了不同的有序充電管理方式，並基於(yu) 電動汽車無序充電模型，分析發現電動汽車用戶執行充電管理策略的積極性受用戶需求、時間和成本等因素作用。研究分析分時電價(jia) 與(yu) 實時電價(jia) 影響下，區域內(nei) 博弈充電模式的負荷聚合商實時定價(jia) 策略和收益，以及不同類型數量電動汽車用戶在此機製下的充電選擇對負荷聚合商定價(jia) 、用戶充電成本的影響，並討論了儲(chu) 能設備容量大小對負荷聚合商收益的作用。

關(guan) 鍵詞：電動汽車，有序充電管理，充電選擇

1. 引言

隨著全球經濟化高速發展，人們(men) 的出行方式發生巨大變化，以石油等能源為(wei) 動力源的汽車成為(wei) 了主要的通行工具之一，便利的同時不僅(jin) 引起地球資源的巨大消耗，也導致環境汙染更加嚴(yan) 重。全球各國當局選擇發展使用清潔能源、節能減排且體(ti) 量大的電動汽車來應對這一係列問題。我國在推行新能源發展方麵，實行購車補貼、免征購車稅、增加基礎建設等相關(guan) 措施。據統計，2015年-2022年我國新能源汽車保有量及純電動汽車保有量增長速度快，如圖1所示，可以看出其中占比重的是純電動型，研究表明，到2030年全國電動汽車保有量將突破2000萬(wan) 大關(guan) ，可以預見,未來將有大規模可移動的新能源汽車充電負荷參與(yu) 電網。

圖1電動汽車保有量

2.電動汽車快速增多帶來的影響

電動汽車消耗的是二次可再生能源——電能，根據用戶實際出行習(xi) 慣進行使用，電動汽車充電負荷具有隨機性和可移動性，廣泛接入會(hui) 給電網係統的安全穩定運作帶來很大程度的不良影響。首先，電網局部過負荷，用戶對電動汽車實施充電行為(wei) 受主觀意識影響，具有不可控因素，可能會(hui) 在居民用電高峰時段接入進行充電，導致電網負荷局部集中化，在基礎用電上加重高負荷峰時段，加深負荷峰穀差，增加了電力係統的負載，甚至可能超越區域變壓器的自身承受能力，造成電力係統的損傷(shang) 。且額外的充電負荷需電網進行電量供應以滿足，增加了電網供電成本和電力係統維護成本。其次，電網運行優(you) 化調控難度增加，電動汽車的出行規律不盡相同，如出行方式、用車習(xi) 慣和性格個(ge) 性等，所以用戶充電需求在時間和空間分布上具備一定隨機性，加大了電動汽車接入電網實施充電調度和控製的不確定性，影響了區域內(nei) 充電負荷預測與(yu) 電網監測調。降低了電能質量，且對電網電能傳(chuan) 輸的控製造成衝(chong) 擊，導致電壓下降、諧波汙染、三相不平衡等不利後果，不利於(yu) 電網的穩定運行。還有充電站利用不均衡、用戶時間成本高等問題。

可以通過加大基礎建設來進行負荷調節，如增加發電、擴大容量、加強電網承受能力等，但這不僅(jin) 會(hui) 造成嚴(yan) 重的人力、財力及資源的浪費，不能快速見效，且效果也不一定很好。所以，為(wei) 了保證新能源汽車產(chan) 業(ye) 能夠蓬勃發展，針對電動汽車隨機無序充電對電網造成的一係列影響，對電動汽車充電實施有序充電優(you) 化管理是有必要的。在滿足用戶基礎需求下對電動汽車實施有序充電管理，通過對用戶進行充電時間、充電地點和充電成本分析，對電網負荷分布或充電站總負荷利用等進行調配管理，合理有效的降低電動汽車用戶、電網、充電站三方的成本，提升效益，實現電動汽車與(yu) 電網的協調互助，現代社會(hui) 迅速發展。

3.有序充電管理分析

3.1用戶需求響應

麵對多種需求，的處理方法是進行需求響應管理，了解電網的電能需求並進行響應附和，通過電力供應方實施調節措施去促進用戶改變用電模式進行有序充電管理，從(cong) 而減小某時段的用電負荷，維護電網係統穩定運行。

需求側(ce) 響應主要分成兩(liang) 類：基於(yu) 激勵類和基於(yu) 價(jia) 格類。激勵類產(chan) 生的需求分為(wei) 直接負荷控製、可中斷負荷、緊急響應、需求側(ce) 競價(jia) 、容量市場和輔助服務等部分，由負荷聚合商等電力售放組織控製，根據用戶需求和電網係統充電情況製定充電策略，對參加響應的電動汽車用戶給予一定補貼，該措施可以促進激勵用戶在電力市場中實時響應，激勵側(ce) 需求響應不僅(jin) 可以參與(yu) 主能量市場的競爭(zheng) ，還可以提供輔助服務。

直接負荷控製是指供電機構與(yu) 用戶簽訂合約，在電網負荷過高時，供電機構可直接對簽約用戶進行停止供電處理，對是否進行電能供應有控製權。可中斷負荷指供電機構與(yu) 用戶簽訂有關(guan) 響應時間的協議，當機構需要電力進行調節時，向用戶發出需要響應的信號，用戶按照合約內(nei) 容實施相應措施配合調度，如未實時行動，則需按合同賠償(chang) 供電機構一定損失。緊急需求響應也是與(yu) 供電機構簽訂合約，與(yu) 可中斷負荷不同的是不響應供電機構號召的用戶不會(hui) 有損失，而積極響應號召的用戶會(hui) 得到供電機構提供的一定獎勵，此時的用戶自身的需求和條件決(jue) 定了是否會(hui) 響應號召，有一定用戶心理因素，所以在解決(jue) 電網負荷過高情況沒有前兩(liang) 項效果**。需求側(ce) 競價(jia) 基於(yu) 容量市場和附加輔助服務，三者相輔相成，首先供電機構設置市場電能容量，並擬定輔助服務計劃，然後用戶通過競拍價(jia) 格或訂購合同方式參與(yu) 批發市場項目競爭(zheng) ，供電機構根據投標者所提供的價(jia) 格價(jia) 格和訂購電量決(jue) 定中標者，用戶競標成功後按照提交的項目書(shu) 執行，否則會(hui) 受到懲罰，此響應有助於(yu) 電價(jia) 的製定。

3.2電價(jia)

電動汽車用戶對電價(jia) 的響應有兩(liang) 種方式：充電響應和充放電響應。充電響應表示用戶根據供電機構提供的電價(jia) 選擇在某一時段不進行充電或多充電。充放電響應表示用戶不僅(jin) 選擇電網低負荷時段選擇進行電能補充，而且高負荷時段向電網反向提供電，能夠得到一定收益。

當前我國使用廣、應用成熟的引導用戶進行有序充電管理的電價(jia) 模式是分時電價(jia) ，根據電網日常用電負荷將一天分成幾個(ge) 時間段，分別製訂有差異的電價(jia) ，促使用戶調整用電時間，達成管理要求，並加大資源使用率。

3.3有序充電對電動汽車充電管理影響

3.3.1分層分區有序充電管理

電動汽車保有量的增加，給電網負荷量、充電設施帶來了巨大的壓力，且不同區域的居民基礎用電負荷、變壓器容量等存在差異。若由電力公司統一進行供電會(hui) 導致負荷分配不均、效率低下等問題，因此，需要對電動汽車充電實施分層分區的有序充電管理。主要分為(wei) 三個(ge) 層，前兩(liang) 層屬電網層，第一層為(wei) 電力管理中心，電力係統根據下級上報的需求信息為(wei) 區域管理中心製定合適的負荷分配標準並提供電量。第二層為(wei) 區域管理中心，收集不同區域上傳(chuan) 的的基礎用電負荷和充電需求，並向上級匯報，根據電力係統下達的分配標準製定負荷計劃管理向區域內(nei) 的充電站發布充電安排，對區域內(nei) 電動汽車進行集中管控。第三層為(wei) 充電站管理中心，屬於(yu) 充電站層，依據電動汽車用戶輸入的充電需求和曆史負荷水平向上級匯報所需電量信息，並依照區域管理中心下發的充電安排在保證用戶基本充電需求的前提下為(wei) 電動汽車供電。

3.3.2分時段有序充電管理

電動汽車接入電網進行充電的時間取決(jue) 於(yu) 用戶心理，充電站無法預設下一輛電動汽車的抵達時間和需求，需采用分時段充電管理進行充電安排，當前的電動汽車進行充電方式有兩(liang) 種：可間斷充電、不可間斷充電。可間斷充電方式是指把計算得到電動汽車充電時間分為(wei) 多個(ge) 時段，由上級管理中心根據用戶終需求將各時段分布到一天內(nei) 充電時間，並利用充電樁將信息傳(chuan) 遞給電動汽車完成充電工作。

4hth下载地址充電樁收費運營雲(yun) 平台係統助力有序充電開展

4.1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。

4.2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。

4.3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。

4.4hth下载地址充電樁雲(yun) 平台係統功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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。

4.5硬件配置

1. 總結

麵臨(lin) 越來越嚴(yan) 重的環境汙染，減小燃油汽車的使用頻率，推廣新能源汽車迫在眉睫。國家積極製定電動汽車科技戰略，促進電動汽車行業(ye) 技術的進步，將來會(hui) 有大量的電動汽車進入電網實施充電，由於(yu) 人的自主意識，充電過程存在較大的隨機性，對電網係統的承受能力提出了重大的挑戰，需要製定相關(guan) 的措施調節管理這些行為(wei) 。對比無序充電模式，有序充電在管理用戶成本和電網負荷方麵有積極影響，且用戶的出行和充電行為(wei) 具有很強的時空分布性，表明了實施有序充電管理的可行性。

參考文獻：

1. 曹湘.電動汽車有序充電管理優(you) 化策略研究

2. 袁欣,胡文博.考慮電動汽車有序充電的配電網重構降損策略

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