安科瑞 劉秋霞
摘要：在當(dāng)今能源短缺和環(huán)境污染的背景下，電動車輛由于其節(jié)能減排和環(huán)境保護等特性而蓬勃發(fā)展。近年來，各主要經(jīng)濟體紛紛出臺政策，促進該類型汽車的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。
然而，當(dāng)規(guī)模化的電動汽車接入時，電力系統(tǒng)的正常運行將受到顯著影響。一方面，當(dāng)電動汽車的滲透率達到特定閾值后，充電資源與充電需求的時空分布之間的匹配矛盾會愈發(fā)突出，這將不可避免的降低電動汽車用戶的出行體驗并導(dǎo)致高峰時段的充電擁堵等問題。另一方面，在夜間高滲透率電動汽車場景下，完成充電后電動汽車離網(wǎng)動作的“一致性"會導(dǎo)端負荷低谷。在有限的時段內(nèi)急劇減少的負荷將會迫使火電機組進入不經(jīng)濟的深度峰值調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：電動汽車；個性化充電導(dǎo)航；動態(tài)隊列間的互作用；深度調(diào)峰；需求響應(yīng)
能源是人類社會存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對能源利用水平的提高是推動人類文明的不斷前行的動力之一。從木柴到煤炭，再到石油和天然氣，伴隨著能源消耗總量的持續(xù)增長，人類主要利用的能源類型也在不斷發(fā)生著改變。當(dāng)今世界能源消耗以化石能源為主，隨著經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的日益提高，能源需求還將繼續(xù)增長，據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2018年，全球能源消耗折合為石油大約是142.8億噸。預(yù)計到本世紀(jì)中葉，全球能源消費還將在此基礎(chǔ)上增長近50%。
傳統(tǒng)化石能源在生產(chǎn)、運輸和消費的全過程中均會產(chǎn)生污染物質(zhì)，不可避免的導(dǎo)致全球生態(tài)破壞和氣候變化。2010年4月，英國石油公司所屬“深水地平線"鉆井平臺發(fā)生的原油泄露事故，其中有近56萬噸原油未經(jīng)任何處理流入大海，對周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。化石能源在使用過程中會產(chǎn)生的多種有害物質(zhì)，對人們的身體健康造成持續(xù)傷害，并導(dǎo)致氣候變暖以及酸雨等嚴(yán)重的環(huán)境問題。在當(dāng)前局勢下，發(fā)展清潔能源和能源替代技術(shù)是從技術(shù)層面解決現(xiàn)階段環(huán)境保護問題的重要途徑。
1電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
電動汽車，即用自身存儲的電能作為動力來源，通過電機驅(qū)動行駛的汽車。隨著可充電的鉛酸電池技術(shù)的成熟，世界上首輛實用的電動汽車出現(xiàn)在1881年巴黎國際電力博覽會上。得益于簡單的結(jié)構(gòu)和成本上的優(yōu)勢，電動汽車在之后十幾年里發(fā)展迅速。到1900年，電動汽車的生產(chǎn)數(shù)量已占到美國當(dāng)年汽車總產(chǎn)量的85%，歐洲的大小街道上行駛的出租汽車中，每14輛中就有13輛是以電能為動力的。進入20世紀(jì)后，伴隨著內(nèi)燃機生產(chǎn)制造技術(shù)的進步，尤其是福特流水線生產(chǎn)方式和電力汽車起動機的發(fā)明，汽油機的使用成本迅速下降，電動汽車的發(fā)展陷入了停滯，*場*額被后者取代。
20世紀(jì)后期，情況有了轉(zhuǎn)機。首先，70年代的三次石油危機導(dǎo)致的嚴(yán)重能源短缺使得各主要國家工業(yè)產(chǎn)值顯著下降，這讓人們對電動汽車重新產(chǎn)生興趣。此外，80年代，大量消耗化石能源導(dǎo)致的環(huán)境惡化現(xiàn)象在世界范圍內(nèi)逐漸凸顯，各國紛紛出臺了相關(guān)的環(huán)保法規(guī)政策來限制污染物的排放。在能源短缺與環(huán)境保護的雙重因素作用下，電動汽車產(chǎn)業(yè)終于迎來了曙光。
（1）解決高滲透率電動汽車接入下充電資源與需求時空分布不匹配問題，提升用戶出行體驗，緩解高峰時段充電擁堵。隨著電動汽車的普及，充電需求也在不斷增加。然而，目前充電設(shè)施的布局和數(shù)量還不能*全滿足需求，尤其是在高峰時段，充電資源與需求的時空分布不匹配問題更加突出，導(dǎo)致充電擁堵，給用戶帶來不便。個性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略可以根據(jù)用戶的需求和充電設(shè)施的實時狀態(tài)，為用戶提供的充電方案，提高充電效率，緩解高峰時段充電擁堵，提升用戶出行體驗。
（2）避免夜間電動汽車離網(wǎng)動作“一致性"導(dǎo)致的負荷低谷，減輕火電機組深度調(diào)峰壓力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。夜間，大量電動汽車同時充電，會導(dǎo)致電網(wǎng)負荷急劇增加，給電力系統(tǒng)帶來巨大壓力。而個性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略可以引導(dǎo)用戶合理安排充電時間，避免夜間電動汽車離網(wǎng)動作“一致性"，從而減輕火電機組深度調(diào)峰壓力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
（1）電動汽車充電類型介紹不同類型的電動汽車充電方式及其特點。
目前，電動汽車主要有家用充電樁和公共充電樁兩種充電方式。
家用充電樁充電：購買新能源汽車后，很多人會安裝家用充電樁，隨時可以充電，較為方便。充電時，先在充電樁上設(shè)置好充電時間和停止時間，也可在手機APP中操作。將車輛熄火，關(guān)閉車內(nèi)所有電源后，下車將充電樁電槍插入充電口，此時充電樁指示燈閃爍綠色或紅色。打開手機APP，選擇私樁管理，啟動充電，充電樁指示燈變?yōu)榫G色常亮即開始充電。充完電后，先解鎖充電槍，再拔出放回充電樁，完成充電過程。
公共充電樁充電：對于無法安裝家用充電樁的人來說，公共充電樁是常用的充電方式。將車輛停放到充電樁停車位，熄火斷電下車。手機掃碼或刷卡支付電費后，充電樁解鎖，連接到車輛充電口即可。充電啟動后，觀察電流以及電壓是否正常，正常后可離開車輛。待電費用完或者電量充滿后，會自動斷電，先解鎖充電樁，再將槍頭取下放回充電樁上，蓋好充電蓋板，完成充電。
此外，新能源汽車還有換電站這種充電方式。一些汽車公司為了方便，建立了換電站，如北汽、蔚來等汽車公司都有自己的換電站，但目前只是專車專用，影響較大，只有找到相應(yīng)品牌的換電站才能換電，且換電設(shè)備各方面配套要求高，成本也較高，推廣起來困難，很多車主還擔(dān)心換上的電池太舊。
（2）電動汽車的旅行鏈分析電動汽車的出行規(guī)律對充電需求的影響。
浙江迦辰新能源股份有限公司取得的*利“一種考慮車主出行規(guī)律的電動汽車充電需求時空分布的模擬與調(diào)度優(yōu)化方法"表明，車主出行規(guī)律對電動汽車充電需求有重要影響。
電動汽車的出行規(guī)律不盡相同，如出行方式、用車習(xí)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。一般來說，充電需求在白天較高，特別是在早晚高峰時段，因為這是駕駛員主要的出行時間；而換電需求則可能更集中在夜間或者清晨，因為這些時間段更換電池的運輸成本較低。
（3）電動汽車充電需求分布探討電動汽車充電需求在時間和空間上的分布特征。
充電需求在空間上呈現(xiàn)出分布不均的特點。城市由于人口密集，充電需求也更為集中。而在城市邊緣或郊區(qū)，充電需求則相對較低。
4.1優(yōu)化充電策略
通過個性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略，可以引導(dǎo)電動汽車用戶合理安排充電時間和地點，避免充電負荷的集中出現(xiàn)。例如，可以在低谷時段鼓勵用戶充電，以減少對火電機組的壓力。同時，可以根據(jù)電網(wǎng)的負荷情況和火電機組的運行狀態(tài)，實時調(diào)整充電功率，以提高充電效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
4.2加強電網(wǎng)建設(shè)
為了適應(yīng)高滲透率電動汽車的接入，需要加強電網(wǎng)的建設(shè)和改造。可以增加電網(wǎng)的容量和靈活性，提高電網(wǎng)的接納能力和穩(wěn)定性。例如，可以建設(shè)智能電網(wǎng)，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理和控制，提高電網(wǎng)的運行效率和可靠性。
4.3推廣可再生能源發(fā)電
可再生能源發(fā)電具有清潔、可再生的特點，可以減少對火電機組的依賴。可以通過推廣太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，增加電網(wǎng)的清潔能源供應(yīng)，降低火電機組的出力壓力。同時，可以利用電動汽車的儲能特性，實現(xiàn)可再生能源的消納和存儲，提高可再生能源的利用效率。
綜上所述，高滲透率電動汽車的接入對火電機組的運行產(chǎn)生了顯著影響。為了減輕這種影響，需要采取優(yōu)化充電策略、加強電網(wǎng)建設(shè)和推廣可再生能源發(fā)電等措施，以實現(xiàn)電動汽車與火電機組的協(xié)調(diào)發(fā)展。
個性化快速充電導(dǎo)航系統(tǒng)主要由車輛、充電站和電網(wǎng)等部分組成。車輛作為充電需求的發(fā)起者，其性能和狀態(tài)直接影響充電需求。充電站是提供充電服務(wù)的關(guān)鍵設(shè)施，包括快充站和慢充站等不同類型。電網(wǎng)則為整個充電過程提供電力支持，確保充電設(shè)施能夠正常運行。
車輛具備電池管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測電池狀態(tài)，如電量、溫度等，并與導(dǎo)航系統(tǒng)進行交互，為用戶提供充電建議。充電站包括充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)和計費系統(tǒng)等。充電設(shè)備負責(zé)為車輛充電，監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測充電狀態(tài)，計費系統(tǒng)根據(jù)充電量和充電時間進行費用計算。電網(wǎng)通過變電站、輸電線路等設(shè)施將電力輸送到充電站，滿足車輛的充電需求。
在規(guī)模化電動汽車接入的背景下，源荷協(xié)同有序充電策略顯得尤為重要。該策略旨在通過協(xié)調(diào)電源側(cè)與負荷側(cè)的資源，實現(xiàn)電動汽車充電的有序化，提高充電效率，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
源荷協(xié)同有序充電策略的核心是充分考慮電源側(cè)的發(fā)電能力和負荷側(cè)的充電需求，通過合理的調(diào)度和控制，實現(xiàn)兩者的平衡。
7安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展
7.1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(shù)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(wù)、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(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。
7.2應(yīng)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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)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(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)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(shè)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(chǔ)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。
7.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
7.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(shè)備使用率，合理分配資源。
7.4.2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。
7.4.3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。
7.4.4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。
7.4.5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。
7.4.6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。
7.4.7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
7.4.8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。
7.5系統(tǒng)硬件配置
本文針對規(guī)模化電動汽車接入下的個性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略進行了深入研究。
首先，在研究背景及意義方面，指出當(dāng)前國內(nèi)外能源利用面臨短缺和環(huán)境污染問題，電動汽車以其節(jié)能減排和環(huán)保特性蓬勃發(fā)展。接著，分析了電動汽車接入對電力系統(tǒng)的影響。從電動汽車負荷特性入手，介紹了不同類型的電動汽車充電方式及其特點，包括家用充電樁充電、公共充電樁充電和換電站充電。然后，闡述了個性化快充導(dǎo)航策略。介紹了基于動態(tài)排隊互作用的個性化快速充電導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成、基本假設(shè)和工作過程。隨后，論述了源荷協(xié)同有序充電策略。概述了源荷協(xié)同有序充電策略，包括源側(cè)資源的優(yōu)化利用、荷側(cè)資源的協(xié)調(diào)管理和源荷協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度。
綜上所述，本文對規(guī)模化電動汽車接入下的個性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略進行了研究，為解決電動汽車充電問題提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。但在實際應(yīng)用中，還需要進一步考慮技術(shù)成本、用戶接受度等因素，不斷優(yōu)化和完善充電策略和技術(shù)實現(xiàn)。未來，可以進一步研究更加智能、的充電導(dǎo)航和有序充電策略，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻：
[1]季陳林.規(guī)模化電動汽車接入下的個性化快充導(dǎo)航及 源荷協(xié)同有序充電策略研究
[2]陳新琪，李鵬，胡文堂，等. 電動汽車充電站對電網(wǎng)諧波的影響分析
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
