安科瑞 陳聰

摘要：引導電動汽車充電負荷向低谷轉移時，現有的分時靜態(tài)電價與峰谷區(qū)間存在不匹配的現象，針對這一問題，提出了多時段動態(tài)電價引導策略，與所提出帶有多時段動態(tài)電價策略的有序充電方法對比，動態(tài)電價策略有效降低了電網峰谷差和用戶充電費用，達到削峰填谷的效果。

關鍵詞：電動汽車；動態(tài)電價；有序充電；削峰填谷

1引言

1.1研究背景與意義

隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注度不斷提升，電動汽車憑借其*排放、低噪音等優(yōu)勢，逐漸成為汽車產業(yè)轉型升級的核心方向。近年來，各國政府紛紛出臺政策鼓勵電動汽車的發(fā)展，其保有量呈指數級增長。然而，電動汽車的大規(guī)模普及也帶來了一系列挑戰(zhàn)，其中充電問題尤為突出。

從電動汽車的充電現狀來看，無序充電現象較為普遍。大量電動汽車在用電高峰期集中充電，會導致電網負荷急劇攀升，進一步加劇峰谷差。這不僅降低了電網設備的運行效率與使用壽命，還可能引發(fā)電壓波動、諧波污染等電能質量問題，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及其他電力用戶的正常用電。據相關研究表明，在某些城市的用電高峰時段，電動汽車的集中充電使得電網負荷瞬間增加了[X]%，導致部分區(qū)域出現電壓不穩(wěn)的情況，影響了居民的正常生活用電。同時，傳統(tǒng)的充電方式缺乏有效的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理，往往會出現充電設施利用率不均的情況，部分熱門區(qū)域的充電樁長時間處于排隊等待狀態(tài)，而一些偏遠區(qū)域的充電樁則閑置率較高，這不僅增加了用戶的充電等待時間與焦慮感，降低了用戶對電動汽車的使用滿意度，還在一定程度上阻礙了電動汽車的進一步推廣。

有序充電策略的出現為解決這些問題提供了有效途徑。有序充電，作為一種智能充電策略，旨在通過合理安排電動汽車的充電時間和充電功率，以減輕對電網的壓力，提高電網的利用率，并確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過智能調度，有序充電能夠根據電網的實際負載情況，智能地調整電動汽車的充電時間和充電功率，引導電動汽車在電網負荷低谷期進行充電，避免在電網負荷高峰時段充電，從而有效平滑電網的負荷曲線，顯著降低峰谷差，提高電網設備的利用率，減少為滿足尖峰負荷而額外建設的發(fā)電與輸電設施投資，從而大幅降低電網的整體運行成本，實現電力資源的優(yōu)化配置與有效利用。有序充電還可以避免頻繁的快速充電，有助于保護電池，延長其使用壽命，降低用戶的充電成本，提高用戶的充電體驗。從社會層面來看，有序充電能夠促進可再生能源的消納，提高清潔能源的利用率，推動節(jié)能減排，助力實現低碳發(fā)展目標。

多時段動態(tài)電價機制作為引導用戶合理用電的重要手段，在有序充電策略中發(fā)揮著關鍵作用。通過根據電力負荷變化情況調整電價，鼓勵用戶在低谷時段充電，從而有效削峰填谷。與傳統(tǒng)的階梯電價相比，多時段動態(tài)電價能夠更精細地反映電力供需關系，具有更強的激勵作用。在不同的季節(jié)和時間段，電力系統(tǒng)的負荷情況存在較大差異。通過多時段動態(tài)電價機制，可以在負荷低谷期降低電價，吸引電動汽車用戶在此時段充電；而在負荷高峰期提高電價，引導用戶避開高峰時段充電。這種靈活的電價調整方式能夠更好地引導用戶的充電行為，實現電力資源的優(yōu)化配置。

綜上所述，基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化研究具有重要的現實意義和應用價值。通過深入研究這一領域，能夠有效緩解電動汽車充電對電網帶來的壓力，提高電力系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，促進電動汽車產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為構建清潔、、穩(wěn)定的能源體系做出貢獻。

2多時段動態(tài)電價機制剖析

2.1多時段動態(tài)電價的概念與內涵

多時段動態(tài)電價，作為一種先進的電價定價模式，依據電力系統(tǒng)在不同時段的負荷特性、發(fā)電成本以及電力市場供需狀況等多種因素，將一天劃分為多個時段，并針對每個時段制定差異化的電價。這種電價機制打破了傳統(tǒng)電價模式的單一性與固定性，能夠更為地反映電力在不同時段的真實價值，為用戶提供更為靈活、合理的用電價格信號。

與傳統(tǒng)電價相比，多時段動態(tài)電價在定價策略、時段劃分以及對用戶用電行為的引導等方面存在顯著差異。傳統(tǒng)電價模式，如單一制電價，不區(qū)分用電時段，無論何時用電，用戶均按照統(tǒng)一的電價標準支付電費。這種電價模式簡單直觀，但無法體現電力在不同時段的成本差異和供需關系變化，難以有效引導用戶合理調整用電行為。階梯電價則根據用戶用電量的不同，將用電分為若干階梯，每個階梯對應不同的電價水平。其主要目的在于引導用戶節(jié)約用電，但在反映電力系統(tǒng)的實時供需情況方面存在一定的局限性。

而多時段動態(tài)電價機制則具有明顯的優(yōu)勢。在定價策略上，它充分考慮了電力系統(tǒng)的運行成本、負荷變化以及市場供需關系等因素，通過對不同時段的電價進行動態(tài)調整，使得電價能夠更準確地反映電力的價值。在時段劃分上，多時段動態(tài)電價通常將一天劃分為多個時段，如高峰時段、平段時段和低谷時段，甚至進一步細分出尖峰時段和深谷時段。每個時段的電價根據該時段的電力供需狀況和成本進行設定，高峰時段電價較高，低谷時段電價較低，從而引導用戶在低谷時段增加用電，在高峰時段減少用電。這種精細的時段劃分和靈活的電價調整方式，能夠更好地引導用戶的用電行為，實現電力資源的優(yōu)化配置。

多時段動態(tài)電價能夠實時反映電力供需關系的變化。在電力需求高峰期，由于發(fā)電設備需要滿負荷運行，甚至可能需要啟動一些成本較高的備用發(fā)電設備，導致發(fā)電成本上升。同時，電力供應相對緊張，供需矛盾突出。為了緩解這種供需矛盾，多時段動態(tài)電價機制會相應提高高峰時段的電價，通過價格信號引導用戶減少在高峰時段的用電需求。這不僅有助于降低電力系統(tǒng)的峰值負荷，減輕電網的供電壓力，還能促使電力企業(yè)合理安排發(fā)電計劃，提高電力系統(tǒng)的運行效率。

在電力需求低谷期，發(fā)電設備的利用率較低，發(fā)電成本相對較低。此時，多時段動態(tài)電價機制會降低低谷時段的電價，鼓勵用戶增加用電。這可以有效提高電力系統(tǒng)的負荷率，充分利用發(fā)電設備的閑置容量，降低發(fā)電成本。通過引導用戶在低谷時段用電，還可以減少電力在傳輸和分配過程中的損耗，提高電力系統(tǒng)的整體運行效率。

以某地區(qū)實施多時段動態(tài)電價機制為例，在夏季用電高峰期，每天的18:00-22:00被設定為高峰時段，電價較平時段高出[X]%。在此期間，部分可調節(jié)用電的企業(yè)和居民用戶，如工業(yè)企業(yè)的非生產性用電、居民的電熱水器加熱等，紛紛調整用電時間，避開高峰時段。據統(tǒng)計，實施多時段動態(tài)電價后，該地區(qū)高峰時段的電力負荷下降了[X]萬千瓦，有效緩解了電網的供電壓力。在低谷時段，如每天的0:00-6:00，電價較平時段降低了[X]%。這吸引了一些對電價較為敏感的用戶，如電動汽車用戶，選擇在低谷時段進行充電。該地區(qū)電動汽車在低谷時段的充電量占總充電量的比例從之前的[X]%提高到了[X]%，充分利用了低谷時段的電力資源，提高了電力系統(tǒng)的負荷率。

2.2多時段動態(tài)電價的制定原則與方法

在制定多時段動態(tài)電價時，需遵循一系列原則，以確保其科學性、合理性與有效性。公平性原則是其中的重要基石，要求電價制定充分考慮不同用戶群體的用電需求和經濟承受能力，避免對特定用戶群體造成不合理的負擔。對于工業(yè)用戶和居民用戶，應根據其用電特性和經濟狀況，制定差異化但公平的電價策略。合理性原則強調電價應真實反映電力的生產成本、供應成本以及市場供需關系。在發(fā)電環(huán)節(jié)，不同能源的發(fā)電成本存在差異，如火力發(fā)電受煤炭價格波動影響較大，水力發(fā)電則與水資源的豐枯狀況密切相關。在制定電價時，需綜合考慮這些因素，確保電價能夠合理補償發(fā)電企業(yè)的成本，并反映電力的真實價值。

在制定多時段動態(tài)電價時，可采用多種方法。負荷預測法是一種常用的方法，通過對歷史電力負荷數據的深入分析，運用時間序列分析、回歸分析等技術手段，結合氣象數據、節(jié)假日信息等因素，對未來不同時段的電力負荷進行預測。根據預測結果，將負荷高峰時段設定為高電價時段，負荷低谷時段設定為低電價時段。當預測到夏季高溫時段電力負荷將大幅增加時，可提前提高該時段的電價，以引導用戶合理調整用電行為。成本分析法通過對電力生產、傳輸、分配等各個環(huán)節(jié)的成本進行詳細核算，確定不同時段的電力成本，并以此為基礎制定電價。在夜間，由于電力需求較低，發(fā)電設備的利用率相對較低，發(fā)電成本也相應降低，此時可適當降低電價。市場定價法引入市場競爭機制，根據電力市場的供需關系和交易情況來確定電價。在電力市場中，發(fā)電企業(yè)和用戶通過競價的方式進行交易，電價根據市場的供需平衡情況實時波動。

多時段動態(tài)電價的制定還受到諸多因素的影響。電力系統(tǒng)的負荷特性是關鍵因素之一，不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同時間段的電力負荷存在顯著差異。在夏季，空調等制冷設備的大量使用會導致電力負荷在白天出現高峰；而在冬季，取暖設備的使用則會使電力負荷在夜間增加。電價制定需充分考慮這些負荷特性的變化，靈活調整電價時段和價格水平。發(fā)電成本的波動也對電價制定產生重要影響。煤炭、天然氣等能源價格的變動，會直接影響火力發(fā)電的成本；而新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，如太陽能光伏發(fā)電受天氣影響較大，風力發(fā)電受風速影響明顯，也會增加電力供應的成本和不確定性。在制定電價時，需綜合考慮這些發(fā)電成本的變化因素，以確保電價的合理性和穩(wěn)定性。政策導向也是不可忽視的因素，政府為了鼓勵清潔能源的發(fā)展、促進節(jié)能減排等目標的實現，會通過制定相關政策來影響電價的制定。政府可能會對新能源發(fā)電給予補貼，從而降低新能源發(fā)電的成本，進而影響多時段動態(tài)電價的結構。

2.3多時段動態(tài)電價機制的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.3.1優(yōu)勢

多時段動態(tài)電價機制在提高電力系統(tǒng)效率方面具有顯著優(yōu)勢。通過將一天劃分為多個時段，并根據各時段的電力供需情況制定不同的電價，能夠有效引導用戶調整用電行為。在高峰時段，較高的電價促使用戶減少不必要的用電，如商業(yè)場所適當降低空調溫度設定，工業(yè)企業(yè)調整生產計劃，避開高峰時段的高成本用電。而在低谷時段，較低的電價鼓勵用戶增加用電，如居民選擇在夜間低谷時段使用電熱水器、洗衣機等大功率電器。這種錯峰用電的方式能夠有效降低電力系統(tǒng)的峰值負荷，減少因高峰負荷需求而額外投入的發(fā)電設備和輸電線路建設，從而提高電力系統(tǒng)的整體運行效率，降低電力資源的浪費。據相關數據統(tǒng)計，某地區(qū)實施多時段動態(tài)電價后，電力系統(tǒng)的峰值負荷降低了[X]%，設備利用率提高了[X]%，有效提升了電力系統(tǒng)的運行效率。

該機制對降低電網投資成本也起到了積極作用。由于引導用戶錯峰用電，使得電網的負荷曲線更加平滑，減少了峰谷差。這意味著電網企業(yè)在規(guī)劃和建設電網時，可以減少為滿足高峰負荷需求而建設的大量冗余輸電和變電設施。傳統(tǒng)情況下，為了應對高峰時段的電力需求，電網企業(yè)需要投入巨額資金建設大容量的變電站和輸電線路。而多時段動態(tài)電價機制的實施，降低了高峰負荷的壓力，使得電網企業(yè)可以合理規(guī)劃電網建設，避免過度投資，從而降低了電網的建設和運營成本。以某城市為例，實施多時段動態(tài)電價后，預計未來五年內可減少電網建設投資[X]億元。

多時段動態(tài)電價機制對促進新能源消納也具有重要意義。隨著太陽能、風能等新能源在電力系統(tǒng)中的占比不斷增加，其發(fā)電的間歇性和波動性問題日益凸顯。新能源發(fā)電通常在白天陽光充足或風力較大時出力較高，但此時可能并非電力需求高峰時段。通過多時段動態(tài)電價機制，在新能源發(fā)電充裕的時段，降低電價，鼓勵用戶增加用電，從而提高新能源的消納能力。在白天光伏發(fā)電量大的時段，降低電價，引導工業(yè)企業(yè)增加生產用電，居民增加電器使用，使更多的光伏發(fā)電能夠被及時消耗，減少棄光現象。在夜間風力發(fā)電較強時，通過低電價吸引電動汽車充電等，提高風電的消納效率。這有助于推動能源結構的優(yōu)化調整，促進清潔能源的可持續(xù)發(fā)展。

2.3.2挑戰(zhàn)

盡管多時段動態(tài)電價機制具有諸多優(yōu)勢，但在實際推行過程中，也面臨著一系列挑戰(zhàn)。用戶接受度是首要挑戰(zhàn)之一。長期以來，用戶習慣了傳統(tǒng)的固定電價模式，對電價的動態(tài)變化可能存在不適應和抵觸情緒。一些用戶可能擔心電價波動會增加用電成本的不確定性，從而對多時段動態(tài)電價機制持觀望或反對態(tài)度。部分居民用戶可能擔心在不了解電價變化規(guī)律的情況下，因在高峰時段用電而導致電費大幅增加。為提高用戶接受度，需要加強宣傳教育，通過多種渠道向用戶普及多時段動態(tài)電價的原理、優(yōu)勢以及對節(jié)能減排的重要意義?？梢岳蒙缃幻襟w、社區(qū)宣傳活動、電力公司網站等平臺，發(fā)布詳細的電價政策解讀和用戶案例，讓用戶了解如何通過合理調整用電時間來降低用電成本。建立用戶反饋機制，及時收集用戶的意見和建議，對電價政策進行優(yōu)化和調整，以滿足用戶的需求。

價格波動風險也是不容忽視的問題。多時段動態(tài)電價的實施使得電價隨電力供需關系的變化而頻繁波動，這給用戶和電力企業(yè)都帶來了一定的經濟風險。對于用戶而言，難以準確預測未來的電價走勢，可能導致在用電決策上出現失誤，增加用電成本。對于電力企業(yè)來說，電價的波動可能影響其收益的穩(wěn)定性，加大了成本控制和風險管理的難度。為應對價格波動風險，可建立相應的風險分擔機制。例如，電力企業(yè)可以與用戶簽訂長期合同，約定一定范圍內的電價波動幅度，超出部分由雙方共同承擔。引入金融工具，如電力期貨、期權等，幫助用戶和電力企業(yè)進行套期，降低價格波動帶來的風險。加強對電力市場的監(jiān)測和分析，提高電價預測的準確性，為用戶和電力企業(yè)提供決策參考。

在有序充電策略實施過程中，數據安全與隱私保護至關重要。為實現對電動汽車充電的調度和電價的合理制定，需要采集大量用戶的用電數據，包括充電時間、充電地點、充電功率等信息。這些數據涉及用戶的個人隱私，如果遭到泄露或濫用，將對用戶的權益造成損害。同時，數據安全問題也可能影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為保障數據安全與隱私，電力企業(yè)和相關部門應建立健全的數據安全管理制度，采用先進的加密技術和訪問控制機制，對用戶數據進行加密存儲和傳輸，限制數據的訪問權限，確保只有授權人員能夠訪問和處理數據。加強對數據安全的監(jiān)管力度，對違規(guī)操作和數據泄露行為進行嚴厲處罰，保障用戶的合法權益。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

3.1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等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2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。

3.3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。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1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。

3.4.2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。

3.4.3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。

3.4.4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。

3.4.5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。

3.4.6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。

3.4.7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

3.4.8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。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4、結論與展望

本文深入探討了基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化問題，通過對多時段動態(tài)電價機制的剖析，明確了其在反映電力供需關系、引導用戶合理用電方面的顯著優(yōu)勢，同時也指出了在實際推行過程中面臨的用戶接受度、價格波動風險以及數據安全與隱私保護等挑戰(zhàn)。

同時，從用戶、電網和環(huán)境等多個角度綜合評估了有序充電策略的效益，進一步證明了其在電動汽車充電管理中的重要價值。

參考文獻：

[1]陳嘉德.基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化

[2]胡澤春，宋永華，徐智威，等．電動汽車接入電網的影響與利用

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版