引言
隨著全球經(jīng)濟(jì)化高速發(fā)展，人們的出行方式發(fā)生巨大變化，以石油等能源為動力源的汽車成為了主要的通行工具之一，便利的同時不僅引起地球資源的巨大消耗，也導(dǎo)致環(huán)境污染更加嚴(yán)重。全球各國當(dāng)局選擇發(fā)展使用清潔能源、節(jié)能減排且體量大的電動汽車來應(yīng)對這一系列問題。我國在推行新能源發(fā)展方面，實行購車補(bǔ)貼、免征購車稅、增加基礎(chǔ)建設(shè)等相關(guān)措施。據(jù)統(tǒng)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2000萬大關(guān)，可以預(yù)見,未來將有大規(guī)?？梢苿拥男履茉雌嚦潆娯?fù)荷參與電網(wǎng)。
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(jù)用戶實際出行習(xí)慣進(jìn)行使用，電動汽車充電負(fù)荷具有隨機(jī)性和可移動性，廣泛接入會給電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運作帶來很大程度的不良影響。首先，電網(wǎng)局部過負(fù)荷，用戶對電動汽車實施充電行為受主觀意識影響，具有不可控因素，可能會在居民用電高峰時段接入進(jìn)行充電，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷局部集中化，在基礎(chǔ)用電上加重高負(fù)荷峰時段，加深負(fù)荷峰谷差，增加了電力系統(tǒng)的負(fù)載，甚至可能超越區(qū)域變壓器的自身承受能力，造成電力系統(tǒng)的損傷。且額外的充電負(fù)荷需電網(wǎng)進(jìn)行電量供應(yīng)以滿足，增加了電網(wǎng)供電成本和電力系統(tǒng)維護(hù)成本。其次，電網(wǎng)運行優(yōu)化調(diào)控難度增加，電動汽車的出行規(guī)律不盡相同，如出行方式、用車習(xí)慣和性格個性等，所以用戶充電需求在時間和空間分布上具備一定隨機(jī)性，加大了電動汽車接入電網(wǎng)實施充電調(diào)度和控制的不確定性，影響了區(qū)域內(nèi)充電負(fù)荷預(yù)測與電網(wǎng)監(jiān)測調(diào)。降低了電能質(zhì)量，且對電網(wǎng)電能傳輸?shù)目刂圃斐蓻_擊，導(dǎo)致電壓下降、諧波污染、三相不平衡等不利后果，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)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(chǔ)建設(shè)來進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，如增加發(fā)電、擴(kuò)大容量、加強(qiáng)電網(wǎng)承受能力等，但這不僅會造成嚴(yán)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，為了保證新能源汽車產(chǎn)業(yè)能夠蓬勃發(fā)展，針對電動汽車隨機(jī)無序充電對電網(wǎng)造成的一系列影響，對電動汽車充電實施有序充電優(yōu)化管理是有必要的。在滿足用戶基礎(chǔ)需求下對電動汽車實施有序充電管理，通過對用戶進(jìn)行充電時間、充電地點和充電成本分析，對電網(wǎng)負(fù)荷分布或充電站總負(fù)荷利用等進(jìn)行調(diào)配管理，合理有效的降低電動汽車用戶、電網(wǎng)、充電站三方的成本，提升效益，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互助，現(xiàn)代社會迅速發(fā)展。
3.有序充電管理分析
3.1用戶需求響應(yīng)
面對多種需求，的處理方法是進(jìn)行需求響應(yīng)管理，了解電網(wǎng)的電能需求并進(jìn)行響應(yīng)附和，通過電力供應(yīng)方實施調(diào)節(jié)措施去促進(jìn)用戶改變用電模式進(jìn)行有序充電管理，從而減小某時段的用電負(fù)荷，維護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
需求側(cè)響應(yīng)主要分成兩類：基于激勵類和基于價格類。激勵類產(chǎn)生的需求分為直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷、緊急響應(yīng)、需求側(cè)競價、容量市場和輔助服務(wù)等部分，由負(fù)荷聚合商等電力售放組織控制，根據(jù)用戶需求和電網(wǎng)系統(tǒng)充電情況制定充電策略，對參加響應(yīng)的電動汽車用戶給予一定補(bǔ)貼，該措施可以促進(jìn)激勵用戶在電力市場中實時響應(yīng)，激勵側(cè)需求響應(yīng)不僅可以參與主能量市場的競爭，還可以提供輔助服務(wù)。
直接負(fù)荷控制是指供電機(jī)構(gòu)與用戶簽訂合約，在電網(wǎng)負(fù)荷過高時，供電機(jī)構(gòu)可直接對簽約用戶進(jìn)行停止供電處理，對是否進(jìn)行電能供應(yīng)有控制權(quán)?？芍袛嘭?fù)荷指供電機(jī)構(gòu)與用戶簽訂有關(guān)響應(yīng)時間的協(xié)議，當(dāng)機(jī)構(gòu)需要電力進(jìn)行調(diào)節(jié)時，向用戶發(fā)出需要響應(yīng)的信號，用戶按照合約內(nèi)容實施相應(yīng)措施配合調(diào)度，如未實時行動，則需按合同賠償供電機(jī)構(gòu)一定損失。緊急需求響應(yīng)也是與供電機(jī)構(gòu)簽訂合約，與可中斷負(fù)荷不同的是不響應(yīng)供電機(jī)構(gòu)號召的用戶不會有損失，而積極響應(yīng)號召的用戶會得到供電機(jī)構(gòu)提供的一定獎勵，此時的用戶自身的需求和條件決定了是否會響應(yīng)號召，有一定用戶心理因素，所以在解決電網(wǎng)負(fù)荷過高情況沒有前兩項效果顯*。需求側(cè)競價基于容量市場和附加輔助服務(wù)，三者相輔相成，首先供電機(jī)構(gòu)設(shè)置市場電能容量，并擬定輔助服務(wù)計劃，然后用戶通過競拍價格或訂購合同方式參與批發(fā)市場項目競爭，供電機(jī)構(gòu)根據(jù)投標(biāo)者所提供的價格價格和訂購電量決定中標(biāo)者，用戶競標(biāo)成功后按照提交的項目書執(zhí)行，否則會受到懲罰，此響應(yīng)有助于電價的制定。
3.2電價
電動汽車用戶對電價的響應(yīng)有兩種方式：充電響應(yīng)和充放電響應(yīng)。充電響應(yīng)表示用戶根據(jù)供電機(jī)構(gòu)提供的電價選擇在某一時段不進(jìn)行充電或多充電。充放電響應(yīng)表示用戶不僅選擇電網(wǎng)低負(fù)荷時段選擇進(jìn)行電能補(bǔ)充，而且高負(fù)荷時段向電網(wǎng)反向提供電，能夠得到一定收益。
當(dāng)前我國使用廣、應(yīng)用成熟的引導(dǎo)用戶進(jìn)行有序充電管理的電價模式是分時電價，根據(jù)電網(wǎng)日常用電負(fù)荷將一天分成幾個時間段，分別制訂有差異的電價，促使用戶調(diào)整用電時間，達(dá)成管理要求，并加大資源使用率。
3.3有序充電對電動汽車充電管理影響
3.3.1分層分區(qū)有序充電管理
電動汽車保有量的增加，給電網(wǎng)負(fù)荷量、充電設(shè)施帶來了巨大的壓力，且不同區(qū)域的居民基礎(chǔ)用電負(fù)荷、變壓器容量等存在差異。若由電力公司統(tǒng)一進(jìn)行供電會導(dǎo)致負(fù)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(qū)的有序充電管理。主要分為三個層，前兩層屬電網(wǎng)層，第一層為電力管理中心，電力系統(tǒng)根據(jù)下級上報的需求信息為區(qū)域管理中心制定合適的負(fù)荷分配標(biāo)準(zhǔn)并提供電量。第二層為區(qū)域管理中心，收集不同區(qū)域上傳的的基礎(chǔ)用電負(fù)荷和充電需求，并向上級匯報，根據(jù)電力系統(tǒng)下達(dá)的分配標(biāo)準(zhǔn)制定負(fù)荷計劃管理向區(qū)域內(nèi)的充電站發(fā)布充電安排，對區(qū)域內(nèi)電動汽車進(jìn)行集中管控。第三層為充電站管理中心，屬于充電站層，依據(jù)電動汽車用戶輸入的充電需求和歷史負(fù)荷水平向上級匯報所需電量信息，并依照區(qū)域管理中心下發(fā)的充電安排在保證用戶基本充電需求的前提下為電動汽車供電。
3.3.2分時段有序充電管理
電動汽車接入電網(wǎng)進(jìn)行充電的時間取決于用戶心理，充電站無法預(yù)設(shè)下一輛電動汽車的抵達(dá)時間和需求，需采用分時段充電管理進(jìn)行充電安排，當(dāng)前的電動汽車進(jìn)行充電方式有兩種：可間斷充電、不可間斷充電?？砷g斷充電方式是指把計算得到電動汽車充電時間分為多個時段，由上級管理中心根據(jù)用戶終需求將各時段分布到一天內(nèi)充電時間，并利用充電樁將信息傳遞給電動汽車完成充電工作。
4安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)助力有序充電開展
4.1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(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。同時對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(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)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
4.2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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
4.3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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行電能計量和保護(hù)。
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。
4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)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(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(jìn)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。
4.4.2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。
4.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(jìn)行賬戶進(jìn)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(xì)信息。
4.4.4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(jìn)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。
4.4.5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。
4.4.6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(hù)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。
4.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(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，同時可接收故障推送
4.4.8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。
4.5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(jì)、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(bǔ)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(hù)等級IP65，具備防雷 保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍(lán)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(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) |
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(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)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(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)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 |
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(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)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(rèn)證 |
導(dǎo)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(rèn)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(rèn)證 |
導(dǎo)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(rèn)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(rèn)證 |
電氣防火限流式保護(hù)器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、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(hù)、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(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。 |
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(hù)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(hù)。 |
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(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)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(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
總結(jié)
面臨越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染，減小燃油汽車的使用頻率，推廣新能源汽車迫在眉睫。國家積極制定電動汽車科技戰(zhàn)略，促進(jìn)電動汽車行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，將來會有大量的電動汽車進(jìn)入電網(wǎng)實施充電，由于人的自主意識，充電過程存在較大的隨機(jī)性，對電網(wǎng)系統(tǒng)的承受能力提出了重大的挑戰(zhàn)，需要制定相關(guān)的措施調(diào)節(jié)管理這些行為。對比無序充電模式，有序充電在管理用戶成本和電網(wǎng)負(fù)荷方面有積極影響，且用戶的出行和充電行為具有很強(qiáng)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(xiàn)：
[1] 曹湘.電動汽車有序充電管理優(yōu)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(wǎng)重構(gòu)降損策略
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
在線客服