一、引言
1.1研究背景
隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動汽車迎來了快速發(fā)展的時期。近年來，我國新能源汽車銷量持續(xù)增長，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年新能源汽車銷量再創(chuàng)新高。電動汽車作為一種環(huán)保、節(jié)能的交通工具，其發(fā)展前景廣闊。然而，電動汽車的大規(guī)模普及也給配電網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
電動汽車的充電行為具有隨機(jī)性和不確定性，大量電動汽車同時充電可能會導(dǎo)致配電網(wǎng)負(fù)荷過載，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。此外，電動汽車充電的高峰時段往往與居民用電高峰時段重合，進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。例如，有研究表明，電動汽車無序充電導(dǎo)致配電網(wǎng)負(fù)荷高峰，高峰時段充電量占日充電總量的70%，極大地增加了電網(wǎng)波動。
為了應(yīng)對電動汽車充電對配電網(wǎng)負(fù)荷的影響，有序控制策略成為關(guān)鍵。通過合理規(guī)劃充電設(shè)施、采用智能充電技術(shù)、引導(dǎo)用戶行為等措施，可以有效減輕電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時，有序控制策略也有助于提高能源利用效率，促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
1.2研究目的
隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加，其充電行為對配電網(wǎng)的影響日益顯著。本研究的目的在于探討有效的智能有序控制策略，以降低電動汽車充電對配電網(wǎng)的負(fù)面影響。
電動汽車的充電需求具有隨機(jī)性和不確定性，這給配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測和調(diào)度帶來了極大的挑戰(zhàn)。例如，自然資源保護(hù)協(xié)會與國網(wǎng)能源研究院有限公司聯(lián)合發(fā)布的報告指出，到2020年與2030年，在無序充電情形下，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域峰值負(fù)荷將分別增加1361萬千瓦和1.53億千瓦。分區(qū)域來看，加快發(fā)展地區(qū)占比最大，超過62%和58%；分設(shè)施來看，分散式專用充電樁占比最大，約 68%和75%。
為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，需要采取一系列智能有序控制策略。首先，協(xié)調(diào)充電時間是一種有效的方法。通過政策引導(dǎo)和高級計量系統(tǒng)、智能軟硬件的支持，鼓勵電動汽車用戶避開充電高峰期。例如，私家車用戶可以在每日上午進(jìn)行快速充電，或者在每日15：00之前利用公用充電設(shè)施慢充，以保證在下午充電高峰到來之前完成充電。公交車的充電時段調(diào)控可參考私家車充電的方式，并根據(jù)其運(yùn)行規(guī)律采用不同的調(diào)控模式加以引導(dǎo)。
其次，智能充電技術(shù)的應(yīng)用可以有效減輕電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響。例如，集中式充電控制策略可以減小充電負(fù)荷的峰谷差，避免配電網(wǎng)負(fù)荷的波動；分布式充電控制策略可以借助通信技術(shù)動態(tài)檢測電動汽車的充電時間、初始狀態(tài)、充電功率等，并為電動汽車用戶提供個體化的充電方案。
綜上所述，通過探討有效的智能有序控制策略，可以降低電動汽車充電對配電網(wǎng)的負(fù)面影響，保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
二、理論基礎(chǔ)
2.1電動汽車充電技術(shù)特性
電動汽車的充電技術(shù)特性在其發(fā)展和推廣中起著至關(guān)重要的作用。不同的特性決定了其在不同場景下的應(yīng)用，也影響著用戶的使用體驗(yàn)和電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
2.1.1充電速度與用戶體驗(yàn)
快充技術(shù)的出現(xiàn)極大地提升了用戶的使用體驗(yàn)。例如，一些高*電動汽車品牌采用高電壓、大電流的快充技術(shù)，能在短時間內(nèi)為車輛補(bǔ)充大量電量。以部分車型為例，使用快充技術(shù)可以在 30 分鐘內(nèi)將電池電量從 20%提升到 80%，大大縮短了用戶的充電等待時間。
然而，快充技術(shù)對電網(wǎng)也帶來了一定的影響。一方面，快充站的建設(shè)需要大量的電力資源，可能會增加電網(wǎng)的負(fù)荷壓力。據(jù)統(tǒng)計，一個功率為 120kW 的快充樁，其充電電流可達(dá)幾百安培，相當(dāng)于幾十戶家庭的用電負(fù)荷。另一方面，快充過程中會產(chǎn)生較大的電流波動，可能影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。
2.1.2充電安全性保障
充電安全性是電動汽車發(fā)展的重要保障，涉及電氣安全和電池安全兩個方面。
在電氣安全方面，充電樁都應(yīng)配置了漏電保護(hù)、過流保護(hù)和防雷等電氣防護(hù)設(shè)備。例如，充電樁柱體安裝了防盜鎖，為用戶提供基本的安全保障。充電干路上的空氣開關(guān)、漏保開關(guān)、交直流接觸器和浪涌保護(hù)器對整個系統(tǒng)形成多級保護(hù)。系統(tǒng)軟件智能實(shí)時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)任何異常，在毫秒級別的時間內(nèi)切斷整個充電電流回路，確保操作人員和設(shè)備安全。
在電池安全方面，純電動汽車配有BMS電源管理系統(tǒng)，會在充電時時刻關(guān)注電池組的狀態(tài)，調(diào)整充電功率以調(diào)節(jié)溫度等，并且在充滿電后會自動切斷電源。此外，充電啟動前，純電動汽車的充電口，以及充電樁都要進(jìn)行絕緣檢測，若絕緣檢測失敗，則無法啟動充電。充電樁還設(shè)計有短路保護(hù)，如果充電過程發(fā)生短路，設(shè)備也會第一時間切斷充電電流，以確保安全性。
2.2配電網(wǎng)運(yùn)行原理
配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中連接輸電網(wǎng)和用戶的重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)和功能直接影響著電力的供應(yīng)質(zhì)量和可靠性。配電網(wǎng)主要由變壓器、配電線路、開關(guān)設(shè)備等組成，其功能是將高壓電能降壓后分配給各個用戶。
2.2.1配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與負(fù)荷承載
變壓器在配電網(wǎng)中起著關(guān)鍵的作用，它將高壓電能降壓為適合用戶使用的電壓等級。在承載電動汽車充電負(fù)荷時，變壓器需要根據(jù)充電負(fù)荷的大小和變化進(jìn)行合理的配置和調(diào)整。例如，當(dāng)電動汽車充電負(fù)荷增加時，變壓器可能需要承受更大的電流和功率，這就要求變壓器具有足夠的容量和過載能力。一般來說，變壓器的容量越大，其承載充電負(fù)荷的能力就越強(qiáng)。
配電線路是將電能從變壓器輸送到各個用戶的通道。在承載充電負(fù)荷時，配電線路需要考慮電流大小、線路長度、導(dǎo)線截面積等因素。根據(jù)搜索素材中的數(shù)據(jù)，當(dāng)新能源汽車在住宅區(qū)的保有量達(dá)到一定規(guī)模后，此時“居民端"在電網(wǎng)的用電量將會是原來的4-5倍。以一個近似的數(shù)據(jù)來做個比較，如一輛新能源汽車的平均電池容量是70kw.h，其每天/每次充電電量為總?cè)萘康?0%計算（SOC從30%充到80%），即每次的充電量是35kw.h。若一個人一天平均用掉10度電，則一輛新能源汽車一次充電的用電量就相當(dāng)于3.5個人一天的用電量。這意味著配電線路需要具備足夠的載流能力，以滿足電動汽車充電負(fù)荷的需求。否則，可能會導(dǎo)致線路過熱、電壓下降等問題，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
2.2.2配電網(wǎng)穩(wěn)定性指標(biāo)
電網(wǎng)頻率是衡量電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。電動汽車充電負(fù)荷的變化可能會影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性。當(dāng)大量電動汽車同時充電時，電網(wǎng)的負(fù)荷會突然增加，可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降。為了維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，電力系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率、啟動備用電源等。
功率平衡也是配電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。在配電網(wǎng)中，發(fā)電功率和負(fù)荷功率需要保持平衡，以確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。電動汽車充電負(fù)荷的增加會打破這種平衡，可能導(dǎo)致功率缺額或過剩。為了維持功率平衡，電力系統(tǒng)需要根據(jù)充電負(fù)荷的變化及時調(diào)整發(fā)電功率，或者采取需求側(cè)管理措施，如引導(dǎo)用戶合理安排充電時間、采用智能充電技術(shù)等。
此外，電動汽車充電負(fù)荷的隨機(jī)性和不確定性也會給配電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)需要加強(qiáng)對充電負(fù)荷的預(yù)測和管理，提高電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性。例如，可以采用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，對電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，為電網(wǎng)的調(diào)度和規(guī)劃提供依據(jù)。同時，也可以通過建設(shè)智能配電網(wǎng)、推廣儲能技術(shù)等措施，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
三、電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響
3.1對配電網(wǎng)負(fù)荷的影響
隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加，其對配電網(wǎng)負(fù)荷的影響日益顯著。
3.1.1高峰時段負(fù)荷過載
在高峰時段，大量電動汽車同時充電可能會導(dǎo)致局部電網(wǎng)負(fù)荷過載。例如，公安部最新數(shù)據(jù)顯示，截至6月底，全國新能源汽車保有量達(dá)1620萬輛，占汽車總量的4.9%。其中，純電動汽車保有量占新能源汽車總量的77.8%。上半年，新注冊登記新能源汽車312.8萬輛，同比增長41.6%，創(chuàng)歷史新高。如此龐大的電動汽車數(shù)量，在高峰時段同時充電，會給局部電網(wǎng)帶來巨大壓力。以北京為例，大部分電動汽車車主充電時間是晚6點(diǎn)下班后，此時正值居民用電晚高峰，這就與居民生活負(fù)荷高度重疊，拉高居住區(qū)峰值負(fù)荷，影響電網(wǎng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和安全性。大量電動汽車在高峰時段的集中充電，可能使局部電網(wǎng)負(fù)荷超過其承載能力，導(dǎo)致電網(wǎng)故障甚至停電。
3.1.2負(fù)荷隨機(jī)性與預(yù)測難度
電動汽車充電的隨機(jī)性和不確定性給電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測和調(diào)度帶來了極大的挑戰(zhàn)。一方面，電動汽車的充電行為受到用戶出行習(xí)慣、電池電量、充電設(shè)施可用性等多種因素的影響，難以準(zhǔn)確預(yù)測。例如，用戶可能在任何時間、任何地點(diǎn)進(jìn)行充電，而且充電時長也不確定。另一方面，隨著電動汽車數(shù)量的快速增長，這種隨機(jī)性和不確定性對電網(wǎng)的影響也越來越大。根據(jù)搜索素材中的數(shù)據(jù)，自然資源保護(hù)協(xié)會與國網(wǎng)能源研究院有限公司聯(lián)合發(fā)布的報告指出，到2020年與2030年，在無序充電情形下，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域峰值負(fù)荷將分別增加1361萬千瓦和1.53億千瓦。分區(qū)域來看，加快發(fā)展地區(qū)占比最大，超過62%和58%；分設(shè)施來看，分散式專用充電樁占比最大，約68%和75%。這種不確定性使得電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測變得更加困難，難以準(zhǔn)確安排發(fā)電和輸電計劃，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，需要采用先進(jìn)的技術(shù)手段，如大數(shù)據(jù)分析、人工智能等，對電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，同時結(jié)合智能充電技術(shù)和需求側(cè)管理措施，提高電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性。
3.2對配電網(wǎng)電壓的影響
電動汽車充電過程中，電網(wǎng)的電壓可能會因?yàn)樨?fù)荷的快速變化而出現(xiàn)波動，這對配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生了多方面的影響。
3.2.1電壓波動與充電效率
電壓波動會顯著影響電動汽車的充電效率。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動較大時，充電設(shè)備需要不斷調(diào)整輸出功率以適應(yīng)電壓變化，這可能導(dǎo)致充電時間延長。例如，根據(jù)搜索素材中的數(shù)據(jù)，極氪001使用超級充電樁進(jìn)行充電時，由于站點(diǎn)電壓不夠，整個充電過程比較漫長，未達(dá)到預(yù)估值。如果電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，充電設(shè)備可能無法以最佳功率輸出，從而降低充電效率。此外，電壓波動還可能影響電池的壽命和性能。頻繁的電壓波動可能使電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定，加速電池老化，降低電池的容量和續(xù)航里程。
3.2.2對其他設(shè)備的影響
電壓波動對電網(wǎng)中其他用電設(shè)備也有很大危害。一方面，可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。一些精密電子設(shè)備對電壓變化非常敏感，如計算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，這些設(shè)備可能出現(xiàn)故障、數(shù)據(jù)丟失或誤操作。另一方面，可能縮短設(shè)備壽命。長期處于電壓波動環(huán)境下的設(shè)備，其內(nèi)部電子元件容易受到損壞，從而降低設(shè)備的使用壽命。例如，一些家用電器在電壓波動時可能出現(xiàn)噪音增大、發(fā)熱異常等現(xiàn)象，長期使用可能會提前損壞。此外，電壓波動還可能引發(fā)諧波污染，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，進(jìn)一步對其他用電設(shè)備造成不良影響。例如，電動汽車充電產(chǎn)生的諧波可能與其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波疊加，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波含量超標(biāo)，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
3.3對配電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響
3.3.1頻率下降與穩(wěn)定性
大量電動汽車同時充電可能會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。隨著電動汽車保有量的不斷增加，其充電需求也日益增長。當(dāng)大量電動汽車在同一時間段集中充電時，電網(wǎng)的負(fù)荷會突然增加。根據(jù)搜索素材中的數(shù)據(jù)，電力規(guī)劃設(shè)計總院預(yù)計，到2030年全國電動汽車充換電的理論最大負(fù)荷或達(dá)到25億千瓦，將與我國全社會最大用電負(fù)荷基本相當(dāng)。如此大規(guī)模的充電需求，會使電網(wǎng)的發(fā)電功率難以迅速響應(yīng)，從而導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降。
電網(wǎng)頻率的下降會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。一方面，可能會影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率密切相關(guān)，頻率下降會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，可能使發(fā)電機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，甚至引發(fā)發(fā)電機(jī)跳閘等故障。另一方面，可能影響電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置通常是根據(jù)電網(wǎng)的頻率、電壓等參數(shù)進(jìn)行動作的，頻率下降可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動作，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
3.3.2功率平衡挑戰(zhàn)
電動汽車充電的不確定性給電網(wǎng)功率平衡帶來了巨大挑戰(zhàn)。電動汽車的充電行為具有隨機(jī)性和不確定性，用戶可能在任何時間、任何地點(diǎn)進(jìn)行充電，而且充電時長也不確定。這種不確定性使得電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測變得更加困難，難以準(zhǔn)確安排發(fā)電和輸電計劃。
例如，在某些時段，大量電動汽車同時充電，可能導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷瞬間增加，打破功率平衡。而在其他時段，電動汽車充電需求較少，又可能導(dǎo)致電網(wǎng)的發(fā)電功率過剩。為了維持電網(wǎng)的功率平衡，電網(wǎng)運(yùn)營商需要采取一系列措施。一方面，可以通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率來適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的變化。當(dāng)電動汽車充電負(fù)荷增加時，增加發(fā)電機(jī)的輸出功率；當(dāng)充電負(fù)荷減少時，降低發(fā)電機(jī)的輸出功率。另一方面，可以采用需求側(cè)管理措施，引導(dǎo)用戶合理安排充電時間，避免在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時段充電。例如，通過價格機(jī)制，鼓勵用戶在低谷時段充電，以減少對電網(wǎng)的壓力。
此外，還可以利用儲能技術(shù)來應(yīng)對電動汽車充電帶來的功率平衡挑戰(zhàn)。儲能設(shè)備可以在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段充電，在負(fù)荷高峰時段放電，從而起到削峰填谷的作用，維持電網(wǎng)的功率平衡。例如，南方電網(wǎng)深圳供電局的虛擬電廠管理中心，目前已接入1.8萬支充電樁。充電樁等電力負(fù)荷側(cè)資源通過技術(shù)和算法聚合控制后，相當(dāng)于一個云端電廠，可隨時響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行調(diào)峰，同時滿足深圳海量電動汽車的充電需求。
四、電動汽車充電有序控制策略
4.1協(xié)調(diào)充電時間策略
協(xié)調(diào)充電時間是一種有效的電動汽車充電有序控制策略，通過政策引導(dǎo)和智能軟硬件的支持，可以協(xié)調(diào)不同類型電動汽車的充電時段，避免充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合，從而改善配電網(wǎng)的負(fù)荷特性。
4.1.1政策引導(dǎo)與用戶響應(yīng)
政策引導(dǎo)在協(xié)調(diào)充電時間策略中起著關(guān)鍵作用。政府可以制定一系列政策，鼓勵電動汽車用戶避開充電高峰期。例如，根據(jù)不同時段的電價劃分原則，實(shí)行峰谷電價政策，在用電低谷時段給予較低的電價，引導(dǎo)用戶在此時段充電。據(jù)統(tǒng)計，實(shí)行峰谷電價后，部分地區(qū)的低谷電價可降低至高峰時段的一半甚至更低，這對于用戶來說具有很大的吸引力。
此外，政府還可以通過宣傳教育等方式，提高用戶對充電時間協(xié)調(diào)的認(rèn)識和響應(yīng)度。例如，利用媒體、網(wǎng)絡(luò)等渠道，向用戶普及電動汽車充電對電網(wǎng)的影響以及協(xié)調(diào)充電時間的重要性，鼓勵用戶積極配合政策引導(dǎo)，合理安排充電時間。
4.1.2不同類型車輛調(diào)控
對于私家車和公交車等不同類型的電動汽車，可以采用不同的充電時段調(diào)控模式。
對于私家車，由于其充電行為相對較為靈活，可以通過政策引導(dǎo)和智能軟硬件的支持，鼓勵用戶在每日上午（充電低峰）進(jìn)行快速充電，或者在每日15：00之前利用公用充電設(shè)施慢充，以保證在下午充電高峰到來之前完成充電。例如，一些城市推出了智能充電APP，用戶可以通過APP查看附近充電樁的使用情況和電價信息，選擇合適的充電時段和地點(diǎn)。
對于公交車，由于其行駛里程和運(yùn)營時間相對固定，可以根據(jù)其運(yùn)行規(guī)律采用不同的調(diào)控模式加以引導(dǎo)。例如，可以在公交車非運(yùn)營時間集中充電，或者在白天利用公交場站的充電樁進(jìn)行分散充電。同時，政府和公交公司可以通過智能調(diào)度系統(tǒng)，合理安排公交車的充電時間和充電地點(diǎn)，避免與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合。
總之，協(xié)調(diào)充電時間策略是一種有效的電動汽車充電有序控制策略，通過政策引導(dǎo)和智能軟硬件的支持，可以協(xié)調(diào)不同類型電動汽車的充電時段，避免充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合，從而改善配電網(wǎng)的負(fù)荷特性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
4.2智能充電策略
智能充電策略在電動汽車充電有序控制中發(fā)揮著重要作用，能夠有效解決充電時間、地點(diǎn)不確定給電網(wǎng)調(diào)度帶來的問題，最大限度地發(fā)揮電網(wǎng)集中調(diào)度的優(yōu)勢。
4.2.1集中式充電控制
集中式充電控制的目的是減小充電負(fù)荷的峰谷差，從而避免配電網(wǎng)負(fù)荷波動。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過建立集中式充電設(shè)施，對大量電動汽車進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。例如，在一些大型停車場或充電站，可以安裝多個大功率充電樁，同時配備先進(jìn)的充電管理系統(tǒng)。
集中式充電控制可以根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時負(fù)荷情況，動態(tài)調(diào)整充電功率和時間。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較低時，可以提高充電功率，加快電動汽車的充電速度；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較高時，則降低充電功率，甚至?xí)和３潆?，以減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用集中式充電控制策略，可以有效降低電網(wǎng)峰谷差，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
此外，集中式充電控制還可以結(jié)合儲能技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化充電過程。儲能設(shè)備可以在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段充電，在負(fù)荷高峰時段放電，為電動汽車提供充電服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷的效果。例如，一些集中式充電站配備了大型儲能電池，能夠存儲大量電能，在需要時為電動汽車充電，有效緩解了電網(wǎng)的壓力。
4.2.2分布式充電控制
分布式充電控制是指管理者借助通信技術(shù)動態(tài)檢測電動汽車的充電時間、初始狀態(tài)、充電功率等，并將動態(tài)更新信息與優(yōu)化過程相結(jié)合，從而為電動汽車用戶提供個體化的充電方案。
分布式充電控制可以根據(jù)每輛電動汽車的具體情況，制定個性化的充電計劃。例如，對于電池容量較大、剩余電量較多的電動汽車，可以適當(dāng)延遲充電時間，避免在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時段充電；對于急需充電的電動汽車，可以優(yōu)先安排充電，同時調(diào)整充電功率，以減少對電網(wǎng)的影響。
通過分布式充電控制，用戶可以更加靈活地選擇充電時間和地點(diǎn)，提高充電的便利性和效率。同時，電網(wǎng)也可以更好地管理充電負(fù)荷，降低電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險。例如，一些智能充電樁可以通過手機(jī) APP 與用戶進(jìn)行交互，用戶可以隨時查看充電樁的使用情況和電價信息，選擇最合適的充電方案。
總之，智能充電策略中的集中式和分布式充電控制策略各有優(yōu)勢，可以相互補(bǔ)充，共同為電動汽車充電有序控制提供有力支持。通過合理應(yīng)用這些策略，可以有效減輕電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
五、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)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(fèi)運(yùn)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(shí)時監(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。
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(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。
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(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(shí)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(fèi)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(shí)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(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(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)時監(jiān)控
實(shí)時監(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(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。
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(jìn)行派發(fā)處理，同時運(yùn)維人員可通過運(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。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(diǎn)、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(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)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。
5.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(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(fèi)運(yùn)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(yùn)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(shí)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(shí)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(fèi)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) 支持刷卡，掃碼、免費(fèi)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(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(fèi)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(fèi)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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨(dú)立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級IP65，僅支持免費(fèi)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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，免費(fèi)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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨(dú)立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機(jī)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(jī)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(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。 |
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(xiàng)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(fèi)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(shí)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)。 |
六、結(jié)論與展望
隨著電動汽車的快速發(fā)展，其充電行為對配電網(wǎng)的影響日益顯著。本研究深入探討了電動汽車充電對配電網(wǎng)負(fù)荷、電壓和穩(wěn)定性的影響，并提出了相應(yīng)的有序控制策略。
研究表明，電動汽車充電在高峰時段可能導(dǎo)致局部電網(wǎng)負(fù)荷過載，其負(fù)荷的隨機(jī)性和不確定性也增加了電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測和調(diào)度的難度。此外，充電過程中的電壓波動不僅影響電動汽車的充電效率，還對其他用電設(shè)備造成危害。同時，大量電動汽車同時充電可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降，給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)，而充電的不確定性也給電網(wǎng)功率平衡帶來巨大壓力。
針對這些問題，本研究提出的有序控制策略具有顯著的有效性。協(xié)調(diào)充電時間策略通過政策引導(dǎo)和用戶響應(yīng)，以及對不同類型車輛的調(diào)控，能夠避免充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合，改善配電網(wǎng)的負(fù)荷特性。智能充電策略中的集中式充電控制可以減小充電負(fù)荷的峰谷差，結(jié)合儲能技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化充電過程；分布式充電控制則能為用戶提供個體化的充電方案，提高充電的便利性和效率，同時降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險。
綜上所述，本研究為應(yīng)對電動汽車充電對配電網(wǎng)的影響提供了有效的解決方案，對保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
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[2]胡澤春, 宋永華, 徐智威等.“電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用"[J]
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
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