安科瑞魯一揚15821697760

摘要：在碳排放形勢日益嚴峻的當下，電動汽車憑借其清潔特性，成為減少社會對化石能源依賴、降低空氣污染的關(guān)鍵舉措。然而，因其作為靈活隨機負荷接入電網(wǎng)充電，會給電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來負面影響。為此，本文提出基于峰谷電價的有序充電策略，以引導電動汽車用戶合理充電，推動電動汽車行業(yè)與智能電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：峰谷電價；電動汽車；有序充電；電力需求側(cè)管理

1. 研究背景

社會科技持續(xù)進步，人類各領(lǐng)域探索加深，能源消耗與需求攀升，二氧化碳排放量劇增，致使全球環(huán)境急劇變化，工業(yè)文明與生態(tài)文明在工業(yè)化進程中沖突加劇。中國作為二氧化碳排放大國，面臨巨大國際減排壓力。2021 年 10 月，國務院印發(fā)《2030 年前碳達峰行動方案》，重塑能源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)生活方式。

電動汽車以車載電池為動力，融合多領(lǐng)域高新技術(shù)，具高能效、低污染、低噪音優(yōu)勢，是能源需求端清潔化的重要綠色設(shè)備，也是全球溫室氣體減排的新型清潔交通工具。其優(yōu)勢顯著，運行無有害氣體排放，電力來源多樣且可控，可從多種能源渠道獲取電力，減少對石油依賴。同時，作為靈活負載，能利用晚間低谷電充電，實現(xiàn)電網(wǎng)負荷 “削峰填谷”，提升電力設(shè)備利用率與系統(tǒng)經(jīng)濟效益。故而，電動汽車普及是低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型關(guān)鍵，受各國政府與車企重視。各國紛紛出臺激勵政策與電價補貼，如美國撥款支持相關(guān)技術(shù)研究，歐洲多國建立基金并聯(lián)合研發(fā)電池技術(shù)，目標在 2050 年實現(xiàn)電動汽車全覆蓋。盡管受疫情影響，全球電動汽車市場仍強勁增長，2022 年市場份額有望達兩位數(shù)，其高速發(fā)展時代已來臨。

2. 研究意義

電動汽車雖為解決溫室氣體排放關(guān)鍵，卻也是不可忽視的主動負荷。近十年，隨著概念普及、設(shè)施完善與覆蓋率提高，充電負荷持續(xù)上升。未來大規(guī)模覆蓋時，其充電隨機性與不確定性，若無序接入電網(wǎng)，將致電力負荷大幅波動，增加電網(wǎng)調(diào)度難度，嚴重影響電力系統(tǒng)建設(shè)與運行。所以，引導電動汽車有序充電意義重大。

電動汽車的隨機性與靈活性，使其充電負荷與電網(wǎng)基礎(chǔ)負荷易疊加成 “峰上加峰”，加重電網(wǎng)負荷，致節(jié)點電流上升速率突增，增加重載線路與變電站運行難度，使電網(wǎng)損耗上升，加速設(shè)備老化，對電力系統(tǒng)安全與用戶用電體驗產(chǎn)生負面影響。此外，滿足尖峰負荷需求會提高電網(wǎng)增容要求，不利于電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟性與發(fā)展性。

綜上，針對電動汽車接入引發(fā)的負荷峰谷差問題，有序引導用戶充電至關(guān)重要，峰谷電價經(jīng)濟引導是有效手段。智能電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)發(fā)展方向，通過分析三方數(shù)據(jù)，應用峰谷電價有序引導策略，可實現(xiàn) “削峰填谷”，降低損耗，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性，實現(xiàn)三方效益最大化，推動電動汽車推廣與能源需求側(cè)清潔化轉(zhuǎn)變。

3. 智能電網(wǎng)下的電動汽車充電需求側(cè)管理

本章介紹電動汽車在智能電網(wǎng)中的充電構(gòu)架（感知層、網(wǎng)絡層及應用服務層），并基于此應用電力需求側(cè)管理方式，以電動汽車充電需求為核心，峰谷電價為手段，實現(xiàn)智能電網(wǎng)下的電動汽車充電需求側(cè)管理。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同，智能電網(wǎng)注重信息交互與數(shù)據(jù)聯(lián)通，電動汽車可獲取更多電網(wǎng)運行與電價信息，其數(shù)據(jù)也上傳至電網(wǎng)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。這些信息利于用戶獲更好電力服務，也助于供電網(wǎng)絡負荷預測與控制。以下介紹電動汽車在智能電網(wǎng)中的充電構(gòu)架，它是電力需求側(cè)管理應用于電動汽車充電需求的基礎(chǔ)。在智能電網(wǎng)中，電動汽車充電構(gòu)架分三個層次：

3.1 感知層

電動汽車充電構(gòu)架的感知層包括電動汽車（EV）感知系統(tǒng)和充電網(wǎng)絡感知系統(tǒng)。在充電區(qū)域設(shè)置傳感器、充電汽車終端、掃描儀器和無線射頻識別標簽等數(shù)據(jù)采集設(shè)備。電動汽車感知系統(tǒng)借助通信元件與設(shè)備，通過傳感器記錄電動汽車充電行為數(shù)據(jù)，如電池、目標識別、GPS 定位和汽車狀態(tài)等信息，這些數(shù)據(jù)不僅存儲于電動汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，還經(jīng)信息傳輸系統(tǒng)傳至網(wǎng)絡層。

3.2 網(wǎng)絡層

感知層采集信息后，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡層通過有線或無線通信獲取信息。有線通信用于固定充電器設(shè)備，借助光纖網(wǎng)絡，充電服務提供平臺可獲取充電汽車狀態(tài)信息并分析判斷。無線通信用于非固定電動汽車，兩種通信方式雙渠道收集充電負荷需求數(shù)據(jù)，使供電網(wǎng)絡能提供更好充電服務信息與策略，實現(xiàn)用戶與運營商共贏。

3.3 應用服務層

網(wǎng)絡層收集的數(shù)據(jù)上傳至應用服務層，在此進行綜合判斷分析，其優(yōu)化充電服務方案與策略是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析支撐平臺與核心部分。應用服務層對電動汽車充電行為全鏈條狀態(tài)分析，包括充電狀態(tài)、費用計算、電池性能判斷及與充電設(shè)備連接信息，并優(yōu)化升級電動汽車充電需求服務體系。

3.4 電力需求側(cè)管理

隨著電動汽車普及率上升，充電負荷接入電網(wǎng)將產(chǎn)生影響，智能電網(wǎng)的充電構(gòu)架為加強充電負荷管理提供基礎(chǔ)與工具，引入電力需求側(cè)管理可增強對靈活負荷管理的可控性與計劃性。

電力需求側(cè)管理是采用有效激勵措施，引導電力消費者改變用電習慣與方式，提高用電效率。它是智能電網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)與智慧化重要部分，對智能電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)電力服務至關(guān)重要，也是電網(wǎng)未來進化完善的關(guān)鍵方向。

3.5 電力需求側(cè)管理中的經(jīng)濟手段

3.5.1 經(jīng)濟手段分類

電力需求側(cè)管理的經(jīng)濟手段主要基于電價變化的需求響應，通過實施差異電價，以電費經(jīng)濟性引導消費者調(diào)整用電習慣。當前主要有三種電價類別：峰谷電價、實時電價和尖峰電價。

峰谷電價：又稱峰谷分時電價，是重要經(jīng)濟手段之一，能反映不同時段電網(wǎng)供電成本差異。其高峰、平時、低谷時段電價依次降低，引導用戶高峰少用電、低谷多用電。電網(wǎng)運營商多偏好此策略，因其發(fā)布后相對穩(wěn)定，運營難度低于實時變化策略，但反映供電成本有滯后性。

實時電價：與電網(wǎng)運行實時聯(lián)動，電網(wǎng)運營者按每小時浮動電價收費，與實時電力生產(chǎn)成本匹配。消費者可靈活選擇是否響應。

尖峰電價：在峰谷電價和實時電價基礎(chǔ)上衍生，在峰谷電價基礎(chǔ)上加尖峰費率調(diào)節(jié)，價格風險小于實時電價，靈活性高于峰谷電價。

峰谷電價（TOU）依據(jù)電網(wǎng)負荷曲線，將每日 24 小時劃分為峰、平、谷三個時段，對不同時段制定不同電價，引導用戶合理安排用電時間，參與電網(wǎng)負荷 “削峰填谷”，提升電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性。本文簡化處理峰谷電價定價分析，假定其處于合理水平，既不影響電力生產(chǎn)端積極性，又能吸引用戶積極響應。

4. 基于峰谷電價的電動汽車有序充電策略

本章基于智能電網(wǎng)電動汽車充電需求側(cè)管理，在峰谷電價激勵下，建立電動汽車有序充電管理模型，并引入充電用戶守約激勵系數(shù)概念，增強用戶對峰谷電價響應，引導有序充電，降低電網(wǎng)峰谷差、損耗，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

智能電網(wǎng)下的電力需求側(cè)管理中，有序充電策略包含四個層級：

電動汽車；

充電設(shè)備；

次級控制；

電網(wǎng)控制。

電動汽車用戶充電時，相關(guān)信息經(jīng)有線連接傳至充電設(shè)備（充電樁或充電站通信設(shè)施），充電設(shè)備與電動汽車雙向信息傳遞，發(fā)送控制信號。同時，充電設(shè)備將采集的信息發(fā)送至次級控制，接受管理并層層下發(fā)至電動汽車。次級控制收集區(qū)域內(nèi)充電信息上傳電網(wǎng)控制，電網(wǎng)控制處理數(shù)據(jù)，制定電網(wǎng)穩(wěn)定運行與負荷控制策略，對次級控制進行負荷管理指導并下達充電計劃安排，以平滑負荷曲線、降低網(wǎng)損。

4.2 電動汽車有序充電控制模型

智能電網(wǎng)下，供電企業(yè)可收集分析電動汽車信息，接收用戶充電需求信息并定時更新數(shù)據(jù)，檢測充電需求，若對電網(wǎng)負荷影響小，則執(zhí)行上一時段充電調(diào)度安排。采用雞群優(yōu)化算法尋求電動汽車有序充電策略：先隨機生成雞群 N，雞群個體設(shè)定為滿足電動汽車充電需求的連續(xù)時間段；以電網(wǎng)負荷峰谷差為適應值函數(shù)，依此劃分雞群 N 為若干組，個體依位置更新策略調(diào)整位置靠近食物位置，獲取個體位置與適應值。

5. 安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

5.1 概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充電樁收費運營云平臺通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對電動自行車充電站及各充電樁持續(xù)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，實時監(jiān)控運行狀態(tài)，管理充電服務、支付、交易結(jié)算、資產(chǎn)管理、電能管理與明細查詢等。同時對充電機故障預警，支持多種接入互聯(lián)網(wǎng)方式，用戶可掃碼充電。

5.2 應用場所

適用于多種建筑與場所的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計，如民用建筑、工業(yè)建筑、小區(qū)、單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分四層：數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

數(shù)據(jù)采集層：電瓶車智能充電樁采用標準 modbus - rtu 通訊協(xié)議，采集充電回路電力參數(shù)，進行電能計量與保護。

網(wǎng)絡傳輸層：經(jīng) 4G 網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫服務器。

數(shù)據(jù)層：含應用服務器與數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB 網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時、歷史與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

客戶端層：系統(tǒng)管理員可通過瀏覽器訪問電瓶車充電樁收費平臺，終端用戶刷卡掃碼啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能涵蓋智能化大屏、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，還為運維人員提供 APP，為充電用戶提供小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1智能化大屏

展示站點分布，統(tǒng)計設(shè)備狀態(tài)、使用率、充電次數(shù)、時長、金額、度數(shù)、故障等，可查看站點詳細信息、充電樁列表、記錄、收益、能耗、故障記錄等，統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，合理分配資源。

5.4.2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。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、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。

5.4.5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。

5.4.6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(huán)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(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

	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(jiān)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(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及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

6總結(jié)

面對嚴峻碳排放現(xiàn)狀，我國力推能源清潔化，電動汽車是新能源汽車主要發(fā)展方向與推廣產(chǎn)品，其普及乃大勢所趨。但作為靈活隨機負荷接入電網(wǎng)充電，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定與電力需求側(cè)管理帶來挑戰(zhàn)。本文先述電動汽車發(fā)展背景，闡述有序充電管理意義，后分析智能電網(wǎng)下充電構(gòu)架，介紹電力需求側(cè)管理概念、意義與手段，引入峰谷電價引導充電行為，提出有序充電策略，為電動汽車有序充電提供理論與實踐參考，助力行業(yè)發(fā)展與能源轉(zhuǎn)型。

參考文獻：

[1]李琴.基于峰谷電價的電動汽車有序充電策略

[2] 張晨曦.電動汽車入網(wǎng)技術(shù)及社會綜合效益研究

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2022.05版

審核編輯 黃宇