安科瑞 陳聰

摘要：在能源短缺與環(huán)境污染問題日益嚴峻的當下，其對我國汽車產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重制約。在此背景下，電動汽車憑借其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢應運而生。然而，當前我國眾多新能源電動汽車普遍采用無序充電方式，在用電高峰時段借助配電網充電時，會顯著增大配電網總負荷的峰谷差值。若缺乏對車輛充電行為的有效引導與管控，極易致使局域變壓器超負荷運行，進而對配電網的經濟、安全運行產生嚴重的負面影響。鑒于此，深入開展基于大數據多目標優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)研究顯得尤為必要且緊迫。本文聚焦于此，旨在探索構建更為科學、高效的有序充電系統(tǒng)，以助力解決電動汽車充電與配電網協(xié)調運行的難題。

關鍵詞：電動汽車；大數據；多目標優(yōu)化；有序充電系統(tǒng)

一、引言

隨著現代電網的不斷發(fā)展以及電動汽車保有量的快速增長，如何實現電動汽車充電行為與電網運行的和諧共生成為了亟待解決的關鍵問題。電動汽車有序充電控制，本質上是依據電網的實際運行形態(tài)，通常將實現*大化傳輸電動汽車電能為導向，在滿足全部用戶充電需求的基礎上，保障小區(qū)配電網能夠穩(wěn)定、高效地運轉，進而推動電動汽車產業(yè)與電網系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。在此過程中，安科瑞充電樁收費運營云平臺作為重要的支撐工具，為有序充電系統(tǒng)的高效運營提供了諸多關鍵功能和優(yōu)勢。

二、背景

（一）現實困境與研究必要性

在當今社會，盡管科技進步與時代發(fā)展帶來了諸多便利，但能源安全、環(huán)境污染等問題依然突出，成為了制約經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國汽車產業(yè)在過去幾十年間經歷了迅猛發(fā)展，汽車作為人們日常出行的關鍵交通工具，其保有量的持續(xù)攀升在為人們生活帶來便捷的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境問題。據2015年統(tǒng)計數據顯示，我國石油總銷量高達5.43億噸，其中凈進口量達3.28億噸，對外依存度突破60%，且預計到2022年，汽車消耗石油量在我國石油總消耗量中的占比將進一步提高至57%。這一系列數據表明，我國汽車產業(yè)面臨著因汽車保有量快速增長以及原油對外依存度過高所引發(fā)的能源供應緊張問題，能源形勢愈發(fā)嚴峻。

與此同時，新能源電動汽車產業(yè)蓬勃發(fā)展，但無序充電現象卻十分普遍。在用電高峰時段，大量電動汽車無序接入配電網充電，會致使配電網總負荷峰谷差值急劇增大。若不能對車輛充電行為進行有效規(guī)范和引導，局域變壓器超負荷運轉的風險將大大增加，這無疑會對配電網的健康穩(wěn)定運行造成嚴重破壞。例如，當電動汽車滲透率達到20%時，其在配電站充電過程中便會給配電網帶來*高的負荷壓力。因此，深入探究新能源電動汽車接入電網后的有序充電措施，對于保障電網安全穩(wěn)定運行、推動電動汽車產業(yè)健康發(fā)展具有重要的現實意義。

（二）國內外發(fā)展現狀分析

有序充電作為一種科學的充電管理方式，旨在在滿足用戶車輛充電需求的前提下，運用經濟或技術手段合理控制車輛充電時間和功率，以此縮小配電網的峰谷差值，使負荷曲線趨于平穩(wěn)，為電網的可靠穩(wěn)定運行筑牢基礎。與之相對的無序充電，則呈現出隨機接入、隨時充電的特點，雖然能讓用戶根據自身時間靈活安排充電，不受外界過多因素干擾，但卻給電網運行帶來了諸多挑戰(zhàn)。

在電動汽車充電控制方式方面，主要分為直接充電負荷控制與間接充電負荷控制兩種。直接充電負荷控制是通過實時監(jiān)測電網基本負荷量以及新能源電動汽車的充電需求，對充電樁的中斷與啟動進行準確控制，以此直接干預充電行為，實現對配電網負荷的調節(jié)。間接充電負荷控制則側重于依靠充電站經營者制定分時充電價格策略，引導用戶依據自身車輛充電需求以及分時電價情況，自主合理地安排充電時間。經營者借助電價制度這一經濟杠桿，激勵用戶主動轉變充電行為，以響應有序充電要求，通常采用擬定附加費用、峰谷電價等具體方法來引導和調整用戶的充電決策。

值得一提的是，新能源電動汽車不僅具備從電網吸收電能的功能，在特定條件下還能夠向電網傳輸電能，實現車網互動，這為有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的思路和可能性。例如，在電網負荷低谷時段，電動汽車可通過合理的控制策略存儲多余電能；而在電網負荷高峰時段，又能將存儲的電能反饋給電網，輔助電網進行負荷調節(jié)，提高能源利用效率。然而，要實現這一理想狀態(tài)，需要構建一套更為完善、基于大數據多目標優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)，充分挖掘和整合各類信息，以實現對電動汽車充電行為的準確調控。在此過程中，安科瑞充電樁收費運營云平臺憑借其功能特性，正逐漸成為有序充電系統(tǒng)運營管理的得力助手。

三、有序充電系統(tǒng)的構建與優(yōu)化

（一）有序充電系統(tǒng)的構建

有序充電系統(tǒng)的構建需要考慮多個因素，包括電動汽車的充電需求、電網負荷情況、充電設施的類型和數量等?；诖髷祿亩嗄繕藘?yōu)化方法可以為有序充電系統(tǒng)的構建提供有力的支持。通過收集和分析大量的電動汽車充電數據和電網負荷數據，可以構建出更加準確的有序充電模型。同時，還可以考慮多個優(yōu)化目標，如*大化能源利用效率等，以實現更加優(yōu)化的有序充電策略。

在構建有序充電系統(tǒng)時，可以與安科瑞充電樁收費運營云平臺進行無縫對接。通過該平臺的數據采集和監(jiān)控功能，可以實時獲取充電樁的運行狀態(tài)和充電數據。同時，該平臺還可以提供充電策略的制定和優(yōu)化功能，幫助實現更加高效、穩(wěn)定、經濟的有序充電系統(tǒng)。

（二）有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化

在有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，需要考慮多個優(yōu)化目標和約束條件。其中，優(yōu)化目標可以包括最小化用戶充電成本等。約束條件可以包括電動汽車的充電需求、電網負荷限制、充電設施的類型和數量等。

基于大數據的多目標優(yōu)化方法可以在滿足約束條件的前提下，尋找*優(yōu)的有序充電策略。通過不斷調整和優(yōu)化充電策略，可以實現更加高效、穩(wěn)定、經濟的有序充電系統(tǒng)。同時，可以與安科瑞充電樁收費運營云平臺進行實時數據交互和策略調整，確保有序充電系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和改進。

四、安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

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據采集和監(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(lián)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(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)結構

系統(tǒng)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(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，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(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(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、充電時長、充電金額、充電度數、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、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(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基礎數據管理

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系統(tǒng)硬件配置

五、結論與展望

本研究針對電動汽車無序充電行為對電網帶來的挑戰(zhàn)，提出了基于大數據的多目標優(yōu)化電動汽車有序充電系統(tǒng)方案，并結合安科瑞充電樁收費運營云平臺進行了深入探討。通過收集和分析大量的電動汽車充電數據和電網負荷數據，構建出更加準確的有序充電模型，并考慮多個優(yōu)化目標和約束條件，實現了更加高效、穩(wěn)定、經濟的有序充電策略。

未來，隨著電動汽車數量的不斷增加和充電技術的不斷發(fā)展，有序充電系統(tǒng)將成為電動汽車充電領域的重要發(fā)展方向之一。我們將繼續(xù)深入研究有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化方法和應用實踐，并結合安科瑞充電樁收費運營云平臺等技術平臺，為電動汽車產業(yè)的健康發(fā)展提供有力的支持。同時，我們也將積極探索與其他領域的合作機會，推動電動汽車產業(yè)與其他產業(yè)的融合發(fā)展，共同構建更加綠色、低碳、可持續(xù)的未來。

參考文獻：

[1]張衛(wèi)東.基于大數據多目標的有序充電系統(tǒng)的研究[J]

[2]王鶴,冷賢達,潘禹含,邊競,余中樞.考慮時空特性及時間成本的電動汽車有序充放電策略[J]

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版