摘要：節能減排、智能化、駕駛品質等的優點使得電動汽車的發展前景廣闊，國家對其的關注度及相關投入占比也加重，電動汽車發展迅速。其使用便捷，成本較低的特點也成為了越來越多的人在出行時的選擇。但接踵而至的便是電動汽車充電問題，更多的電動汽車充電會對電網造成沖擊，但是擴大基礎設施的建設并不能馬上見效且成本較高，所以對電動汽車進行充電管理便成了見效快且低成本的方式。基于此，研究電動汽車有序充電管理優化策略具有重要意義。首先引入了用戶需求響應和電價在充電市場中的作用和參與方式，分析用戶充電特性。闡述了不同的有序充電管理方式，并基于電動汽車無序充電模型，分析發現電動汽車用戶執行充電管理策略的積極性受用戶需求、時間和成本等因素作用。研究分析分時電價與實時電價影響下，區域內博弈充電模式的負荷聚合商實時定價策略和收益，以及不同類型數量電動汽車用戶在此機制下的充電選擇對負荷聚合商定價、用戶充電成本的影響，并討論了儲能設備容量大小對負荷聚合商收益的作用。

關鍵詞：電動汽車，有序充電管理，充電選擇

引言

隨著全球經濟化高速發展，人們的出行方式發生巨大變化，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，也導致環境污染更加嚴重。全球各國當局選擇發展使用清潔能源、節能減排且體量大的電動汽車來應對這一系列問題。我國在推行新能源發展方面，實行購車補貼、免征購車稅、增加基礎建設等相關措施。據統計，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，可以預見,未來將有大規模可移動的新能源汽車充電負荷參與電網。

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，根據用戶實際出行習慣進行使用，電動汽車充電負荷具有隨機性和可移動性，廣泛接入會給電網系統的安全穩定運作帶來很大程度的不良影響。首先，電網局部過負荷，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行充電，導致電網負荷局部集中化，在基礎用電上加重高負荷峰時段，加深負荷峰谷差，增加了電力系統的負載，甚至可能超越區域變壓器的自身承受能力，造成電力系統的損傷。且額外的充電負荷需電網進行電量供應以滿足，增加了電網供電成本和電力系統維護成本。其次，電網運行優化調控難度增加，電動汽車的出行規律不盡相同，如出行方式、用車習慣和性格個性等，所以用戶充電需求在時間和空間分布上具備一定隨機性，加大了電動汽車接入電網實施充電調度和控制的不確定性，影響了區域內充電負荷預測與電網監測調。降低了電能質量，且對電網電能傳輸的控制造成沖擊，導致電壓下降、諧波污染、三相不平衡等不利后果，不利于電網的穩定運行。還有充電站利用不均衡、用戶時間成本高等問題。

可以通過加大基礎建設來進行負荷調節，如增加發電、擴大容量、加強電網承受能力等，但這不僅會造成嚴重的人力、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業能夠蓬勃發展，針對電動汽車隨機無序充電對電網造成的一系列影響，對電動汽車充電實施有序充電優化管理是有必要的。在滿足用戶基礎需求下對電動汽車實施有序充電管理，通過對用戶進行充電時間、充電地點和充電成本分析，對電網負荷分布或充電站總負荷利用等進行調配管理，合理有效的降低電動汽車用戶、電網、充電站三方的成本，提升效益，實現電動汽車與電網的協調互助，現代社會迅速發展。

3.有序充電管理分析

3.1用戶需求響應

面對多種需求，的處理方法是進行需求響應管理，了解電網的電能需求并進行響應附和，通過電力供應方實施調節措施去促進用戶改變用電模式進行有序充電管理，從而減小某時段的用電負荷，維護電網系統穩定運行。

需求側響應主要分成兩類：基于激勵類和基于價格類。激勵類產生的需求分為直接負荷控制、可中斷負荷、緊急響應、需求側競價、容量市場和輔助服務等部分，由負荷聚合商等電力售放組織控制，根據用戶需求和電網系統充電情況制定充電策略，對參加響應的電動汽車用戶給予一定補貼，該措施可以促進激勵用戶在電力市場中實時響應，激勵側需求響應不僅可以參與主能量市場的競爭，還可以提供輔助服務。

直接負荷控制是指供電機構與用戶簽訂合約，在電網負荷過高時，供電機構可直接對簽約用戶進行停止供電處理，對是否進行電能供應有控制權。可中斷負荷指供電機構與用戶簽訂有關響應時間的協議，當機構需要電力進行調節時，向用戶發出需要響應的信號，用戶按照合約內容實施相應措施配合調度，如未實時行動，則需按合同賠償供電機構一定損失。緊急需求響應也是與供電機構簽訂合約，與可中斷負荷不同的是不響應供電機構號召的用戶不會有損失，而積極響應號召的用戶會得到供電機構提供的一定獎勵，此時的用戶自身的需求和條件決定了是否會響應號召，有一定用戶心理因素。需求側競價基于容量市場和附加輔助服務，三者相輔相成，首先供電機構設置市場電能容量，并擬定輔助服務計劃，然后用戶通過競拍價格或訂購合同方式參與批發市場項目競爭，供電機構根據投標者所提供的價格價格和訂購電量決定中標者，用戶競標成功后按照提交的項目書執行，否則會受到懲罰，此響應有助于電價的制定。

3.2電價

電動汽車用戶對電價的響應有兩種方式：充電響應和充放電響應。充電響應表示用戶根據供電機構提供的電價選擇在某一時段不進行充電或多充電。充放電響應表示用戶不僅選擇電網低負荷時段選擇進行電能補充，而且高負荷時段向電網反向提供電，能夠得到一定收益。

當前我國使用廣、應用成熟的引導用戶進行有序充電管理的電價模式是分時電價，根據電網日常用電負荷將一天分成幾個時間段，分別制訂有差異的電價，促使用戶調整用電時間，達成管理要求，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分層分區有序充電管理

電動汽車保有量的增加，給電網負荷量、充電設施帶來了巨大的壓力，且不同區域的居民基礎用電負荷、變壓器容量等存在差異。若由電力公司統一進行供電會導致負荷分配不均、效率低下等問題，因此，需要對電動汽車充電實施分層分區的有序充電管理。主要分為三個層，前兩層屬電網層，第一層為電力管理中心，電力系統根據下級上報的需求信息為區域管理中心制定合適的負荷分配標準并提供電量。第二層為區域管理中心，收集不同區域上傳的的基礎用電負荷和充電需求，并向上級匯報，根據電力系統下達的分配標準制定負荷計劃管理向區域內的充電站發布充電安排，對區域內電動汽車進行集中管控。第三層為充電站管理中心，屬于充電站層，依據電動汽車用戶輸入的充電需求和歷史負荷水平向上級匯報所需電量信息，并依照區域管理中心下發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

電動汽車接入電網進行充電的時間取決于用戶心理，充電站無法預設下一輛電動汽車的抵達時間和需求，需采用分時段充電管理進行充電安排，當前的電動汽車進行充電方式有兩種：可間斷充電、不可間斷充電。可間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用戶終需求將各時段分布到一天內充電時間，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通過物聯網技術對接入系統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據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，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、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統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。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，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，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、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，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

4.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，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、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電充值情況，進行遠程參數設置，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		安科瑞響應節能環保、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快速、經濟、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，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給，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。
互聯網版智能交流樁	AEV-AC007D		額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏
互聯網版智能直流樁	AEV-DC030D		額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網
互聯網版智能直流樁	AEV-DC060S		額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯網版智能直流樁	AEV-DC120S		額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
智能邊緣計算網關	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，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擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊ANet-M4G		M4G模塊：支持4G全網通
導軌式單相電表	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協議 證書：MID/CE認證
導軌式電能計量表	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計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入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認證
導軌式直流電表	DJSF1352-RN		直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統計，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認證
電氣防火限流式保護器	ASCP200-63D		導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能;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。
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、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、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應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，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。
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器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。
絕緣監測儀	AIM-D100-ES		AIM-D100-ES系列直流絕緣監測儀可以應用在15~1500V的直流系統中，用于在線監測直流不接地系統正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發出預警或報警信號。
絕緣監測儀	AIM-D100-T		AIM-D100-T系列直流絕緣監測儀可以應用在10~1000V的直流系統中，用于在線監測直流不接地系統正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發出預警或報警信號。

總結

面臨越來越嚴重的環境污染，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略，促進電動汽車行業技術的進步，將來會有大量的電動汽車進入電網實施充電，由于人的自主意識，充電過程存在較大的隨機性，對電網系統的承受能力提出了重大的挑戰，需要制定相關的措施調節管理這些行為。對比無序充電模式，有序充電在管理用戶成本和電網負荷方面有積極影響，且用戶的出行和充電行為具有很強的時空分布性，表明了實施有序充電管理的可行性。

參考文獻：

曹湘.電動汽車有序充電管理優化策略研究

袁欣,胡文博.考慮電動汽車有序充電的配電網重構降損策略

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（銷售專員）聯系方式：18702106706

審核編輯 黃宇