淺談綜合能源充電站有序充電策略的研究與設(shè)計(jì)

蔣靜

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，充電用戶越來越多，同時(shí)也出現(xiàn)了一系列問題，尤其是無序充電帶來的充電成本高、充電排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)和電網(wǎng)負(fù)荷安全影響等問題，制約著電動(dòng)汽車和充電設(shè)施的發(fā)展。為解決此類問題，文章研究和設(shè)計(jì)有序充電策略。 通過研究電動(dòng)汽車充電過程數(shù)據(jù)，分析充電電壓、電流、和充電時(shí)間的關(guān)系曲線，在不同的電價(jià)時(shí)段和車多樁少情形下制定了合理的中止充電SOC值；為了提高充電站運(yùn)營(yíng)效益，針對(duì)充電站服務(wù)車輛對(duì)象的不同，設(shè)計(jì)了不同充電樁限功率有序充電策略。充電站有序充電策略的實(shí)現(xiàn)能夠提高運(yùn)行收益、減低成本，讓用戶充電時(shí)間更合理，提高了充電體驗(yàn)性，使充電站與電網(wǎng)互動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)削峰填谷，減小負(fù)荷波動(dòng)率，提高了電網(wǎng)的安全性。

關(guān)鍵詞：有序充電；分時(shí)電價(jià)；功率調(diào)節(jié)；充電樁；安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)

1、前言

近年來，隨著化石能源的枯竭以及清潔新型能源技術(shù)的崛起，電動(dòng)汽車和與之相應(yīng)的充電站、充電樁和充電技術(shù)得到迅速發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)＋充電樁的技術(shù)發(fā)展，充電服務(wù)設(shè)備建設(shè)越來完善，但仍存在諸多問題，一方面是用戶充電難、找樁難、排隊(duì)長(zhǎng)等現(xiàn)象，另一方充電樁存在利用率不高、長(zhǎng)期空閑、運(yùn)營(yíng)成本高的問題；除此之外，充電設(shè)施的大量使用對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行 帶來一定負(fù)荷安全影響，尤其是無序的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷會(huì)給配電網(wǎng)帶來電壓下降、線路過載、電網(wǎng)負(fù)荷峰值、網(wǎng)絡(luò)損耗等一系列問題，因此研究有序充電策略解決充電難，提高充電樁效益和減少充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷影響變得愈發(fā)必要。

電動(dòng)汽車有序充電在當(dāng)前沒有嚴(yán)格的定義，文中提出的有序充電策略是指在車多樁少、充電站功率變動(dòng)和合理利用峰谷電價(jià)情況下設(shè)計(jì)的一種充電控制方法。通過分析研究車輛充電時(shí)充電電壓、電流、SOC與充電時(shí)間的關(guān)系曲線，制定一個(gè)中止充電的SOC值來提高充電排隊(duì)效率；盡可能將充電時(shí)間安排在電價(jià)低的谷時(shí)段以降低充電運(yùn)營(yíng)成本，通過充電樁限功率方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性。

2、有序充電方案設(shè)計(jì)

文中從三方面綜合定義有序充電，一是針對(duì)充電樁短缺設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車排隊(duì)有序充電，通過計(jì)算電動(dòng)汽車剩余充電時(shí)間和中止充電時(shí)的SOC來提供充電樁的充電效率和規(guī)劃排隊(duì)等候車輛充電次序；二是根據(jù)峰谷電價(jià)差異，合理安排有序充電時(shí)間，降低充電成本；三是對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，減小負(fù)荷曲線方差，使充電設(shè)施與電網(wǎng)負(fù)荷協(xié)調(diào)互動(dòng)而設(shè)計(jì)的有序充電策略。離散充電樁因分散無法有序充電管理難度大，因此，目前有序充電且主要應(yīng)用于集中充電站。集中充電站的充電樁規(guī)模一般為20臺(tái)～50臺(tái)，主要服務(wù)對(duì)象為電動(dòng)公交大巴，根據(jù)運(yùn)營(yíng)商需求，充電站主要分為專用充電站和公用充電站，專用充電站只對(duì)運(yùn)營(yíng)商制定的專用車（電動(dòng)公交大巴等）提供充電服務(wù)，不對(duì)外運(yùn)營(yíng)；公用充電站除了服務(wù)專用車，同時(shí)對(duì)外營(yíng)運(yùn)，可以為所有社會(huì)電動(dòng)車輛充電，文章將以兩類充電站為對(duì)象進(jìn)行有序充電研究。充電站服務(wù)系統(tǒng)如圖１所示，站內(nèi)充電樁通過4G/5G等物聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)接入充電服務(wù)平臺(tái)，充電服務(wù)平臺(tái)為運(yùn)營(yíng)商提供給運(yùn)營(yíng)監(jiān)控客戶端，充電用戶可以使用充電卡和手機(jī)APP方式充電，為了使充電站與電網(wǎng)負(fù)荷協(xié)調(diào)互動(dòng)，充電服務(wù)平臺(tái)接入充電站配電設(shè)備，該設(shè)備實(shí)時(shí)上送充電站可用功率信息至充電服務(wù)平臺(tái)。針對(duì)集中式充電站文中設(shè)計(jì)的有序充電策略具有以下功能。

（1）減少車輛排隊(duì)時(shí)間，通過計(jì)算在充車輛剩余充電時(shí)間和選擇中止充電SOC值來提供充電站服效率和減少充電用戶排隊(duì)時(shí)間；

（2）降低充電成本，通過有序充電策略設(shè)計(jì)讓車輛盡可能在電價(jià)低的谷時(shí)段充電。目前大多充電站根據(jù) 電網(wǎng)電價(jià)將充電時(shí)間分為平、谷、峰三個(gè)時(shí)段，分別對(duì)應(yīng)正常計(jì)費(fèi)、優(yōu)惠計(jì)費(fèi)以及高價(jià)計(jì)費(fèi)，充電電價(jià)及階梯時(shí)段如表1

表1充電電價(jià)及階梯時(shí)段

(3)優(yōu)化電網(wǎng)負(fù)荷，因用電高峰時(shí)期電網(wǎng)負(fù)荷壓力會(huì)造成網(wǎng)損和降低電能質(zhì)量，文章設(shè)計(jì)充電樁功率調(diào)節(jié)策略使充電站用電功率隨電網(wǎng)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3、專用充電站有序充電策略

目前專用集中式充電站大多用于電動(dòng)公交大巴充電，文章以規(guī)模30臺(tái)60kW直流樁服務(wù)100輛電動(dòng)公交車的充電站為設(shè)計(jì)對(duì)象。為提高充電樁使用效率，減少車輛排隊(duì)時(shí)間，文章分析了30多個(gè)充電數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)充電過程數(shù)據(jù)變化分析如表2所示。

表2充電過程數(shù)據(jù)分析

3.1峰平時(shí)段與排隊(duì)有序充電策略設(shè)計(jì)

充電站內(nèi)車輛運(yùn)行模式一般是白天使用晚上充電，充電集中在谷電價(jià)時(shí)段，但因特殊情況需要白天峰或平電價(jià)時(shí)段充電時(shí)，為了降低充電成本，同時(shí)不影響 車輛運(yùn)營(yíng)，采取設(shè)定車輛中止充電的 SOC 上限值的充電策略，峰和平電價(jià)時(shí)段車輛 SOC 分別達(dá)到 80% 和90% 時(shí)結(jié)束充電，谷時(shí)段不設(shè)定 SOC 上限值。另一方面，在車多樁少，車輛排隊(duì)等候的情況，為了提高充電樁使用效率，增加充電站運(yùn)營(yíng)效益，也設(shè)定了車輛 SOC 充電上限，文章對(duì)充電排隊(duì)的定義是因急需用車而排隊(duì)充電，對(duì)于晚上谷時(shí)段沒有使用需求排隊(duì)依次充電不屬于文章定義的排隊(duì)充電的范疇。

表3充電中止 SOC 劃分

3.2充電樁限功率有序充電策略設(shè)計(jì)

專用充電站的車輛充電優(yōu)先級(jí)沒有嚴(yán)格要求，充電過程中充電站輸出功率受到電網(wǎng)負(fù)荷限制時(shí)，在車輛享有同等充電權(quán)限前提下，設(shè)計(jì)有序充電策略 調(diào)整充電樁輸出功率。充電樁功率調(diào)整分為下調(diào)和上調(diào)兩種，當(dāng)充電站輸出總功率大于功率限定值時(shí)需進(jìn)行下調(diào)，反之上調(diào)。

3.3專用充電站有序充電策略實(shí)現(xiàn)

專用充電站從峰谷電價(jià)充電成本、樁少車多充電 排隊(duì)效率和與電網(wǎng)負(fù)荷互動(dòng)三方面設(shè)計(jì)了有序充電策 略，其策略實(shí)現(xiàn)如下：

(1)在峰平電價(jià)時(shí)段，充電樁全被占用，而后來車 輛因某些原因需要急用而充電則可以通用手機(jī) APP 申 請(qǐng)排隊(duì)充電；

(2)充電服務(wù)平臺(tái)將不同電價(jià)時(shí)段和排序充電的 充電中止SOC策略以及當(dāng)前排隊(duì)車輛數(shù)下發(fā)給每個(gè)充電樁，充電樁根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算充電中止SOC值，當(dāng)車輛SOC達(dá)到固定值時(shí)停止充電。

4、公用充電站有序充電策略

與專用充電站相比，公用充電樁除了對(duì)本站專用車輛服務(wù)外，還對(duì)外開放，允許所有社會(huì)車輛充電，這樣不但提高了充電樁使用率，還可以為運(yùn)營(yíng)商帶來額外的收益。針對(duì)站內(nèi)專用車輛和社會(huì)充電車輛，文章 設(shè)計(jì)有序充電策略是充電優(yōu)先級(jí)專用車輛高于社會(huì)車輛，社會(huì)車輛之間則按先到優(yōu)先級(jí)高的原則。

5、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的汽車充電站、電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)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，資源管理、電能管理、明細(xì)查詢等，同時(shí)對(duì)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(chǎng)合

適用于住宅小區(qū)等物業(yè)環(huán)境、各類企事業(yè)單位、醫(yī)院、景區(qū)、學(xué)校、園區(qū)等公建、公共停車場(chǎng)、公路充電站、公交樞紐、購(gòu)物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場(chǎng)、地下停車場(chǎng)、高速服務(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場(chǎng)合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測(cè)溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電站配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

5.4平臺(tái)功能描述

5.4.1充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

5.4.2首頁總覽

總覽當(dāng)日、當(dāng)月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)，累計(jì)的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)，以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

5.4.3交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

5.4.4故障管理

故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認(rèn)、故障分析等管理項(xiàng)，為用戶管理故障和查詢提供方便。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析支持運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)分析、收益統(tǒng)計(jì)，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)。

5.4.6運(yùn)營(yíng)報(bào)告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運(yùn)行、交易、充值、充電及報(bào)警、故障情況，形成分析報(bào)告。

5.4.7APP、小程序移動(dòng)端支持

通過模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢可用的電樁和電站等詳細(xì)信息。掃碼充電，在線支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進(jìn)行充電。

5.4.8資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語

充電樁有序充電尚在研究起步階段，隨著V2G和充放電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，有序充電將逐漸成為充電樁和充電站的發(fā)展方向。AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理、提供充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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