1、前言

近年來(lái)，隨著(zhù)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(chē)和與之相應的充電站、充電樁和充電技術(shù)得到迅速發(fā)展。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)＋充電樁的技術(shù)發(fā)展，充電服務(wù)設備建設越來(lái)完善，但仍存在諸多問(wèn)題，一方面是用戶(hù)充電難、找樁難、排隊長(cháng)等現象，另一方充電樁存在利用率不高、長(cháng)期空閑、運營(yíng)成本高的問(wèn)題；除此之外，充電設施的大量使用對電網(wǎng)運行 帶來(lái)一定負荷安全影響，尤其是無(wú)序的電動(dòng)汽車(chē)充電負荷會(huì )給配電網(wǎng)帶來(lái)電壓下降、線(xiàn)路過(guò)載、電網(wǎng)負荷峰值、網(wǎng)絡(luò )損耗等一系列問(wèn)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電網(wǎng)負荷影響變得愈發(fā)必要。

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

2、有序充電方案設計

文中從三方面綜合定義有序充電，一是針對充電樁短缺設計的電動(dòng)汽車(chē)排隊有序充電，通過(guò)計算電動(dòng)汽車(chē)剩余充電時(shí)間和中止充電時(shí)的SOC來(lái)提供充電樁的充電效率和規劃排隊等候車(chē)輛充電次序；二是根據峰谷電價(jià)差異，合理安排有序充電時(shí)間，降低充電成本；三是對電網(wǎng)負荷曲線(xiàn)進(jìn)行削峰填谷，減小負荷曲線(xiàn)方差，使充電設施與電網(wǎng)負荷協(xié)調互動(dòng)而設計的有序充電策略。離散充電樁因分散無(wú)法有序充電管理難度大，因此，目前有序充電且主要應用于集中充電站。集中充電站的充電樁規模一般為20臺～50臺，主要服務(wù)對象為電動(dòng)公交大巴，根據運營(yíng)商需求，充電站主要分為專(zhuān)用充電站和公用充電站，專(zhuān)用充電站只對運營(yíng)商制定的專(zhuān)用車(chē)（電動(dòng)公交大巴等）提供充電服務(wù)，不對外運營(yíng)；公用充電站除了服務(wù)專(zhuān)用車(chē)，同時(shí)對外營(yíng)運，可以為所有社會(huì )電動(dòng)車(chē)輛充電，文章將以?xún)深?lèi)充電站為對象進(jìn)行有序充電研究。充電站服務(wù)系統如圖１所示，站內充電樁通過(guò)4G/5G等物聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)接入充電服務(wù)平臺，充電服務(wù)平臺為運營(yíng)商提供給運營(yíng)監控客戶(hù)端，充電用戶(hù)可以使用充電卡和手機APP方式充電，為了使充電站與電網(wǎng)負荷協(xié)調互動(dòng)，充電服務(wù)平臺接入充電站配電設備，該設備實(shí)時(shí)上送充電站可用功率信息至充電服務(wù)平臺。針對集中式充電站文中設計的有序充電策略具有以下功能。

（1）減少車(chē)輛排隊時(shí)間，通過(guò)計算在充車(chē)輛剩余充電時(shí)間和選擇中止充電SOC值來(lái)提供充電站服效率和減少充電用戶(hù)排隊時(shí)間；

（2）降低充電成本，通過(guò)有序充電策略設計讓車(chē)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 電網(wǎng)電價(jià)將充電時(shí)間分為平、谷、峰三個(gè)時(shí)段，分別對應正常計費、優(yōu)惠計費以及高價(jià)計費，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)負荷，因用電高峰時(shí)期電網(wǎng)負荷壓力會(huì )造成網(wǎng)損和降低電能質(zhì)量，文章設計充電樁功率調節策略使充電站用電功率隨電網(wǎng)需求動(dòng)態(tài)調整。

3、專(zhuān)用充電站有序充電策略

目前專(zhuān)用集中式充電站大多用于電動(dòng)公交大巴充電，文章以規模30臺60kW直流樁服務(wù)100輛電動(dòng)公交車(chē)的充電站為設計對象。為提高充電樁使用效率，減少車(chē)輛排隊時(shí)間，文章分析了30多個(gè)充電數據，發(fā)現充電過(guò)程數據變化分析如表2所示。

表2充電過(guò)程數據分析

3.1峰平時(shí)段與排隊有序充電策略設計

充電站內車(chē)輛運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(chē)輛運營(yíng)，采取設定車(chē)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(chē)輛 SOC 分別達到 80% 和90% 時(shí)結束充電，谷時(shí)段不設定 SOC 上限值。另一方面，在車(chē)多樁少，車(chē)輛排隊等候的情況，為了提高充電樁使用效率，增加充電站運營(yíng)效益，也設定了車(chē)輛 SOC 充電上限，文章對充電排隊的定義是因急需用車(chē)而排隊充電，對于晚上谷時(shí)段沒(méi)有使用需求排隊依次充電不屬于文章定義的排隊充電的范疇。

表3充電中止 SOC 劃分

3.2充電樁限功率有序充電策略設計

專(zhuān)用充電站的車(chē)輛充電優(yōu)先級沒(méi)有嚴格要求，充電過(guò)程中充電站輸出功率受到電網(wǎng)負荷限制時(shí)，在車(chē)輛享有同等充電權限前提下，設計有序充電策略 調整充電樁輸出功率。充電樁功率調整分為下調和上調兩種，當充電站輸出總功率大于功率限定值時(shí)需進(jìn)行下調，反之上調。

3.3專(zhuān)用充電站有序充電策略實(shí)現

專(zhuān)用充電站從峰谷電價(jià)充電成本、樁少車(chē)多充電 排隊效率和與電網(wǎng)負荷互動(dòng)三方面設計了有序充電策 略，其策略實(shí)現如下：

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

(2)充電服務(wù)平臺將不同電價(jià)時(shí)段和排序充電的 充電中止SOC策略以及當前排隊車(chē)輛數下發(fā)給每個(gè)充電樁，充電樁根據實(shí)際情況計算充電中止SOC值，當車(chē)輛SOC達到固定值時(shí)停止充電。

4、公用充電站有序充電策略

與專(zhuān)用充電站相比，公用充電樁除了對本站專(zhuān)用車(chē)輛服務(wù)外，還對外開(kāi)放，允許所有社會(huì )車(chē)輛充電，這樣不但提高了充電樁使用率，還可以為運營(yíng)商帶來(lái)額外的收益。針對站內專(zhuān)用車(chē)輛和社會(huì )充電車(chē)輛，文章 設計有序充電策略是充電優(yōu)先級專(zhuān)用車(chē)輛高于社會(huì )車(chē)輛，社會(huì )車(chē)輛之間則按先到優(yōu)先級高的原則。

5、安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的汽車(chē)充電站、電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資源管理、電能管理、明細查詢(xún)等，同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(hù)通過(guò)微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)合

適用于住宅小區等物業(yè)環(huán)境、各類(lèi)企事業(yè)單位、醫院、景區、學(xué)校、園區等公建、公共停車(chē)場(chǎng)、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)、高速服務(wù)區、公寓寫(xiě)字樓等場(chǎng)合。

5.3系統結構

現場(chǎng)設備層：連接于網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)傳感器，包括多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，完成對現場(chǎng)所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現實(shí)時(shí)監測充電站配電系統運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過(guò)程及人員行為，并完成微信、支付寶在線(xiàn)支付等應用。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等。

5.4.2首頁(yè)總覽

總覽當日、當月開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

5.4.3交易結算

充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表。

5.4.4故障管理

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

5.4.5統計分析

統計分析支持運營(yíng)趨勢分析、收益統計，方便用戶(hù)以曲線(xiàn)、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營(yíng)態(tài)勢。

5.4.6運營(yíng)報告

按用戶(hù)周期分析汽車(chē)、電瓶車(chē)充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

5.4.7APP、小程序移動(dòng)端支持

通過(guò)模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢(xún)可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線(xiàn)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(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

5.5系統硬件配置

6、結語(yǔ)

充電樁有序充電尚在研究起步階段，隨著(zhù)V2G和充放電技術(shù)的發(fā)展和應用，有序充電將逐漸成為充電樁和充電站的發(fā)展方向。AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理、提供充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。

【參考文獻】

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.       安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版