淺談企業(yè)微電網(wǎng)環(huán)境下電動汽車的有序充電策略
江蘇安科瑞電能服務(wù)股份有限公司 江蘇江陰 214400
摘要：隨著電動汽車保有量的迅速增長以及微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電動汽車與微電網(wǎng)的互動日益密切。本文深入研究了基于微電網(wǎng)的電動汽車有序充電優(yōu)化策略，分析了微電網(wǎng)和電動汽車充電的特點及相互影響，提出了多種優(yōu)化目標和相應(yīng)的有序充電策略，并詳細探討了安科瑞充電樁收費運營云平臺在助力有序充電開展方面的作用。通過理論分析和實際案例驗證，旨在實現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定有效運行和電動汽車充電的合理化、經(jīng)濟化，為解決電動汽車充電對微電網(wǎng)的影響提供有效方案。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；電動汽車；有序充電；優(yōu)化策略；安科瑞充電樁收費運營云平臺
一、引言
在全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的大背景下，電動汽車作為一種清潔、有效的交通工具得到了廣泛推廣。然而，大量電動汽車的無序充電行為給電力系統(tǒng)，尤其是微電網(wǎng)帶來了諸多挑戰(zhàn)，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，如何在滿足電動汽車充電需求的同時，實現(xiàn)基于微電網(wǎng)的電動汽車有序充電，成為當前電力領(lǐng)域的研究熱點和重要課題。
二、微電網(wǎng)與電動汽車充電概述
2.1微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與特點
微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，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，能夠有效整合可再生能源，如太陽能、風能等，實現(xiàn)能源的分布式供應(yīng)和優(yōu)化配置，為用戶提供更加穩(wěn)定和清潔的電力。
2.2電動汽車充電方式及對微電網(wǎng)的影響
電動汽車充電方式主要包括常規(guī)充電、快速充電等。常規(guī)充電功率相對較小，充電時間較長，一般適用于家庭充電和夜間充電場景；快速充電功率較大，能夠在短時間內(nèi)為電動汽車補充大量電量，但對電網(wǎng)的沖擊也較大。大量電動汽車集中在用電高峰時段充電，會導致微電網(wǎng)負荷急劇增加，加大電網(wǎng)峰谷差，可能引起電壓波動、諧波污染等電能質(zhì)量問題；而在低谷時段若充電資源利用不足，則會造成能源浪費。此外，電動汽車充電負荷的隨機性和不確定性也給微電網(wǎng)的運行控制帶來了困難。
三、基于微電網(wǎng)的電動汽車有序充電優(yōu)化目標
3.1削峰填谷
通過合理引導電動汽車充電時間，將充電負荷從電網(wǎng)高峰時段轉(zhuǎn)移到低谷時段，降低微電網(wǎng)的峰谷差，提高電網(wǎng)設(shè)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)在高峰時段的供電壓力，還能充分利用低谷時段的剩余容量，實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置。
3.2提高電能質(zhì)量
避免因大量電動汽車無序充電造成的電壓波動、諧波等電能質(zhì)量問題，保障微電網(wǎng)內(nèi)其他用戶的用電質(zhì)量。通過有序充電策略，可以對電動汽車的充電功率和時間進行合理控制，減少充電過程中對電網(wǎng)的沖擊，維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，提高整個微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
3.3降低用戶充電成本
在滿足用戶充電需求的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化充電策略，讓用戶能夠利用低谷電價等優(yōu)惠政策，降低整體的充電費用支出。同時，有序充電還可以減少電網(wǎng)的損耗，降低電網(wǎng)的運營成本，從而在一定程度上也為用戶帶來間接的經(jīng)濟效益。
3.4提升微電網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性
在保障電動汽車用戶舒適度的前提下，通過準確的負荷預(yù)測和協(xié)調(diào)控制，確保微電網(wǎng)在不同運行場景下的穩(wěn)定供電。研究還將探索如何通過有序充放電策略有效應(yīng)對微電網(wǎng)中的不確定性和風險，如可再生能源的波動性、負荷需求的不確定性等。
3.5促進可再生能源消納
微電網(wǎng)中通常集成了大量的可再生能源發(fā)電設(shè)備，如太陽能光伏發(fā)電和風力發(fā)電等。通過合理安排電動汽車的充電時間，使其與可再生能源的發(fā)電時段相匹配，可以有效提高可再生能源的消納率，減少棄風、棄光現(xiàn)象，實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。
四、基于微電網(wǎng)的電動汽車有序充電優(yōu)化策略
4.1基于電價激勵的策略
通過制定分時電價、動態(tài)電價等機制，引導電動汽車用戶主動選擇在低谷時段充電。例如，設(shè)置夜間低谷電價明顯低于白天高峰電價，鼓勵用戶避開高峰充電，以實現(xiàn)削峰填谷的效果。此外，還可以根據(jù)微電網(wǎng)的實時運行情況和可再生能源的發(fā)電情況，動態(tài)調(diào)整電價，使電價更加靈活地反映電網(wǎng)的供需關(guān)系，進一步激勵用戶參與有序充電。
4.2基于充電功率控制的策略
根據(jù)微電網(wǎng)的實時負荷情況，對電動汽車的充電功率進行智能調(diào)控。在電網(wǎng)負荷較高時，適當降低部分電動汽車的充電功率；在負荷低谷時，提高充電功率，確保充電過程既能滿足車輛需求又不對電網(wǎng)造成過大沖擊。這種策略可以通過在充電樁中安裝智能控制器來實現(xiàn)，控制器根據(jù)電網(wǎng)的指令自動調(diào)整充電功率，實現(xiàn)對充電過程的精細化管理。
4.3基于預(yù)約充電的策略
搭建充電預(yù)約平臺，讓電動汽車用戶提前預(yù)約充電時間和充電樁，平臺根據(jù)微電網(wǎng)的負荷預(yù)測情況為用戶分配合理的充電時段，提高充電的有序性和合理性。預(yù)約充電平臺可以與用戶的手機應(yīng)用或車載系統(tǒng)相連接，方便用戶隨時隨地進行預(yù)約和查詢。同時，平臺還可以根據(jù)用戶的歷史充電記錄和出行習慣，為用戶提供個性化的充電建議。
4.4基于智能算法的優(yōu)化策略
利用機器學習、遺傳算法、粒子群算法等智能算法，對電動汽車的充電行為進行優(yōu)化調(diào)度。這些算法可以根據(jù)微電網(wǎng)的運行狀態(tài)、電動汽車的充電需求、可再生能源的發(fā)電情況等多方面因素，計算出實時充電策略，實現(xiàn)對電動汽車充電的智能化管理。例如，通過遺傳算法可以在滿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云平臺助力有序充電開展
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)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(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應(yīng)用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)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(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
5.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)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賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
5.4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)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后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
5.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
5.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)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(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送
5.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證 |
導軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
開口式電流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。 |
智能剩余電流繼電器 | ASJ |
| 該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災(zāi)事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。 |
六、結(jié)論
本文圍繞基于微電網(wǎng)的電動汽車有序充電優(yōu)化策略展開研究，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云平臺在其中發(fā)揮的重要作用。通過實際案例也驗證了這些策略和平臺應(yīng)用的有效性。然而，隨著電動汽車技術(shù)和微電網(wǎng)的不斷發(fā)展，未來還需要進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(yīng)對更為復(fù)雜的充電場景，以實現(xiàn)更加有效、合理的電動汽車有序充電，促進微電網(wǎng)與電動汽車產(chǎn)業(yè)的協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。例如，可以進一步研究如何將人工智能技術(shù)與智能算法相結(jié)合，提高充電策略的智能化水平；如何優(yōu)化平臺的用戶體驗，提高用戶參與度；如何考慮電動汽車與微電網(wǎng)中其他分布式能源的協(xié)同優(yōu)化等。同時，還需要加強政策支持和市場機制的建設(shè)，為電動汽車有序充電的推廣和應(yīng)用創(chuàng)造良好的環(huán)境。
參考文獻：
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[2]張文亮,武斌,李武峰,等.我國純電動汽車的發(fā)展方向及能源供給模式的探討
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電瓶車充電樁禁止非法改裝
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