淺談企業(yè)微電網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車(chē)的有序充電策略

安科瑞 陳聰

摘要：隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)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(biāo)和相應(yīng)的有序充電策略，并詳細(xì)探討了安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)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(yàn)證，旨在實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定有效運(yùn)行和電動(dòng)汽車(chē)充電的合理化、經(jīng)濟(jì)化，為解決電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)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(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

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(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(tǒng)，尤其是微電網(wǎng)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，如負(fù)荷峰谷差變大、電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)運(yùn)行效率降低等。因此，如何在滿足電動(dòng)汽車(chē)充電需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電，成為當(dāng)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(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

微電網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)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(yùn)行，也能在電網(wǎng)故障等特殊情況下孤島運(yùn)行。其具有靈活性高、對(duì)本地能源利用充分、可靠性強(qiáng)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(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(dòng)汽車(chē)充電方式及對(duì)微電網(wǎng)的影響

電動(dòng)汽車(chē)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(duì)較小，充電時(shí)間較長(zhǎng)，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(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)充大量電量，但對(duì)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(dǎo)致微電網(wǎng)負(fù)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(fèi)。此外，電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的隨機(jī)性和不確定性也給微電網(wǎng)的運(yùn)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(biāo)

3.1削峰填谷

通過(guò)合理引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，將充電負(fù)荷從電網(wǎng)高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)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(kuò)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(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(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(nèi)其他用戶的用電質(zhì)量。通過(guò)有序充電策略，可以對(duì)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(duì)電網(wǎng)的沖擊，維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，提高整個(gè)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(guò)優(yōu)化充電策略，讓用戶能夠利用低谷電價(jià)等優(yōu)惠政策，降低整體的充電費(fèi)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(yùn)營(yíng)成本，從而在一定程度上也為用戶帶來(lái)間接的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4提升微電網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性

在保障電動(dòng)汽車(chē)用戶舒適度的前提下，通過(guò)準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)和協(xié)調(diào)控制，確保微電網(wǎng)在不同運(yùn)行場(chǎng)景下的穩(wěn)定供電。研究還將探索如何通過(guò)有序充放電策略有效應(yīng)對(duì)微電網(wǎng)中的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，如可再生能源的波動(dòng)性、負(fù)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(shè)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(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)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(lì)的策略

通過(guò)制定分時(shí)電價(jià)、動(dòng)態(tài)電價(jià)等機(jī)制，引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)用戶主動(dòng)選擇在低谷時(shí)段充電。例如，設(shè)置夜間低谷電價(jià)明顯低于白天高峰電價(jià)，鼓勵(lì)用戶避開(kāi)高峰充電，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷的效果。此外，還可以根據(jù)微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和可再生能源的發(fā)電情況，動(dòng)態(tài)調(diào)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(lì)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(shí)時(shí)負(fù)荷情況，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電功率進(jìn)行智能調(diào)控。在電網(wǎng)負(fù)荷較高時(shí)，適當(dāng)降低部分電動(dòng)汽車(chē)的充電功率；在負(fù)荷低谷時(shí)，提高充電功率，確保充電過(guò)程既能滿足車(chē)輛需求又不對(duì)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(xiàn)，控制器根據(jù)電網(wǎng)的指令自動(dòng)調(diào)整充電功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的精細(xì)化管理。

4.3基于預(yù)約充電的策略

搭建充電預(yù)約平臺(tái)，讓電動(dòng)汽車(chē)用戶提前預(yù)約充電時(shí)間和充電樁，平臺(tái)根據(jù)微電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)情況為用戶分配合理的充電時(shí)段，提高充電的有序性和合理性。預(yù)約充電平臺(tái)可以與用戶的手機(jī)應(yīng)用或車(chē)載系統(tǒng)相連接，方便用戶隨時(shí)隨地進(jìn)行預(yù)約和查詢。同時(shí)，平臺(tái)還可以根據(jù)用戶的歷史充電記錄和出行習(xí)慣，為用戶提供個(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(jī)器學(xué)習(xí)、遺傳算法、粒子群算法等智能算法，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電行為進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。這些算法可以根據(jù)微電網(wǎng)的運(yùn)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(jì)算出實(shí)時(shí)充電策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(fù)荷小的充電方案。

五、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)助力有序充電開(kāi)展

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)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?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)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(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

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(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)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(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(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(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

5.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

5.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)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

六、結(jié)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(xì)闡述了安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)在其中發(fā)揮的重要作用。通過(guò)實(shí)際案例也驗(yàn)證了這些策略和平臺(tái)應(yīng)用的有效性。然而，隨著電動(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(tái)功能以及應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的充電場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)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(xù)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(jié)合，提高充電策略的智能化水平；如何優(yōu)化平臺(tái)的用戶體驗(yàn)，提高用戶參與度；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(qiáng)政策支持和市場(chǎng)機(jī)制的建設(shè)，為電動(dòng)汽車(chē)有序充電的推廣和應(yīng)用創(chuàng)造良好的環(huán)境。

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