安科瑞 劉秋霞
摘要：節(jié)能減排、智能化、駕駛品質(zhì)等的優(yōu)點使得電動汽車的發(fā)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(fā)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(wǎng)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(yōu)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(fā)現(xiàn)電動汽車用戶執(zhí)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(qū)域內(nèi)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(shù)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(jīng)濟化高速發(fā)展，人們的出行方式發(fā)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(huán)境污染更加嚴重。全球各國當局選擇發(fā)展使用清潔能源、節(jié)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(fā)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(jù)統(tǒng)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(guī)模可移動的新能源汽車充電負荷參與電網(wǎng)。
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(jù)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(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運作帶來很大程度的不良影響。首先，電網(wǎng)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(wǎng)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(tǒng)的負載，甚至可能超越區(qū)域變壓器的自身承受能力，造成電力系統(tǒng)的損傷。且額外的充電負荷需電網(wǎng)進行電量供應以滿足，增加了電網(wǎng)供電成本和電力系統(tǒng)維護成本。其次，電網(wǎng)運行優(yōu)化調(diào)控難度增加，電動汽車的出行規(guī)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(wǎng)實施充電調(diào)度和控制的不確定性，影響了區(qū)域內(nèi)充電負荷預測與電網(wǎng)監(jiān)測調(diào)。降低了電能質(zhì)量，且對電網(wǎng)電能傳輸?shù)目刂圃斐蓻_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(wǎng)的穩(wěn)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(diào)節(jié)，如增加發(fā)電、擴大容量、加強電網(wǎng)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(chǎn)業(yè)能夠蓬勃發(fā)展，針對電動汽車隨機無序充電對電網(wǎng)造成的一系列影響，對電動汽車充電實施有序充電優(yōu)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(wǎng)負荷分布或充電站總負荷利用等進行調(diào)配管理，合理有效的降低電動汽車用戶、電網(wǎng)、充電站三方的成本，提升效益，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互助，現(xiàn)代社會迅速發(fā)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(wǎng)的電能需求并進行響應附和，通過電力供應方實施調(diào)節(jié)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(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
需求側(cè)響應主要分成兩類：基于激勵類和基于價格類。激勵類產(chǎn)生的需求分為直接負荷控制、可中斷負荷、緊急響應、需求側(cè)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(jù)用戶需求和電網(wǎng)系統(tǒng)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(cè)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(wǎng)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(xié)議，當機構需要電力進行調(diào)節(jié)時，向用戶發(fā)出需要響應的信號，用戶按照合約內(nèi)容實施相應措施配合調(diào)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，所以在解決電網(wǎng)負荷過高情況沒有前兩項效果**。需求側(cè)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(fā)市場項目競爭，供電機構根據(jù)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(zhí)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(jù)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(wǎng)低負荷時段選擇進行電能補充，而且高負荷時段向電網(wǎng)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(jù)電網(wǎng)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(diào)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(qū)有序充電管理
電動汽車保有量的增加，給電網(wǎng)負荷量、充電設施帶來了巨大的壓力，且不同區(qū)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(tǒng)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(qū)的有序充電管理。主要分為三個層，前兩層屬電網(wǎng)層，第一層為電力管理中心，電力系統(tǒng)根據(jù)下級上報的需求信息為區(qū)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(qū)域管理中心，收集不同區(qū)域上傳的的基礎用電負荷和充電需求，并向上級匯報，根據(jù)電力系統(tǒng)下達的分配標準制定負荷計劃管理向區(qū)域內(nèi)的充電站發(fā)布充電安排，對區(qū)域內(nèi)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(jù)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(qū)域管理中心下發(fā)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(wǎng)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(jù)用戶終需求將各時段分布到一天內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(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，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結(jié)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(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。
4.2應用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。
4.3系統(tǒng)結(jié)構
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(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)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。
5）應客戶端層：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施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。
4.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設施運行狀況，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。
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(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。
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(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。
4.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)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(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
4.4.6基礎數(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施，維護充電設施信息、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。
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(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
總結(jié)
面臨越來越嚴重的環(huán)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(zhàn)略，促進電動汽車行業(yè)技術的進步，將來會有大量的電動汽車進入電網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)的承受能力提出了重大的挑戰(zhàn)，需要制定相關的措施調(diào)節(jié)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(wǎng)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(yōu)化策略研究
袁欣,胡文博.考慮電動汽車有序充電的配電網(wǎng)重構降損策略
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版
