安科瑞 陳聰

摘要：隨著電動汽車保有量的迅速增長以及微電網(wǎng)技術的不斷發(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基于預約充電的策略

搭建充電預約平臺，讓電動汽車用戶提前預約充電時間和充電樁，平臺根據(jù)微電網(wǎng)的負荷預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。預約充電平臺可以與用戶的手機應用或車載系統(tǒng)相連接，方便用戶隨時隨地進行預約和查詢。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、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設施設計。

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)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：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，對設備狀態(tài)、設備使用率、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施，維護充電設施信息、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用的有效性。然而，隨著電動汽車技術和微電網(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、完善平臺功能以及應對更為復雜的充電場景，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，為電動汽車有序充電的推廣和應用創(chuàng)造良好的環(huán)境。

參考文獻：

[1]曹錦業(yè),郝麗麗,錢智靈.南京工業(yè)大學電氣工程與控制科學學院

[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

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版