安科瑞 陳聰

摘要：在當(dāng)今能源短缺和環(huán)境污染的背景下，電動(dòng)車輛由于其節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)等特性而蓬勃發(fā)展。近年來(lái)，各主要經(jīng)濟(jì)體紛紛出臺(tái)政策，促進(jìn)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(dòng)汽車接入時(shí)，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行將受到顯著影響。一方面，當(dāng)電動(dòng)汽車的滲透率達(dá)到特定閾值后，充電資源與充電需求的時(shí)空分布之間的匹配矛盾會(huì)愈發(fā)突出，這將不可避免的降低電動(dòng)汽車用戶的出行體驗(yàn)并導(dǎo)致高峰時(shí)段的充電擁堵等問(wèn)題。另一方面，在夜間高滲透率電動(dòng)汽車場(chǎng)景下，完成充電后電動(dòng)汽車離網(wǎng)動(dòng)作的“一致性”會(huì)導(dǎo)端負(fù)荷低谷。在有限的時(shí)段內(nèi)急劇減少的負(fù)荷將會(huì)迫使火電機(jī)組進(jìn)入不經(jīng)濟(jì)的深度峰值調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；個(gè)性化充電導(dǎo)航；動(dòng)態(tài)隊(duì)列間的互作用；深度調(diào)峰；需求響應(yīng)

引言

能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)能源利用水平的提高是推動(dòng)人類文明的不斷前行的動(dòng)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(zhǎng)，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(jì)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(zhǎng)，據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，2018年，全球能源消耗折合為石油大約是142.8億噸。預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉，全球能源消費(fèi)還將在此基礎(chǔ)上增長(zhǎng)近50%。

傳統(tǒng)化石能源在生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)的全過(guò)程中均會(huì)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(guó)石油公司所屬“深水地平線”鉆井平臺(tái)發(fā)生的原油泄露事故，其中有近56萬(wàn)噸原油未經(jīng)任何處理流入大海，對(duì)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的多種有害物質(zhì)，對(duì)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(wèn)題。在當(dāng)前局勢(shì)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(hù)問(wèn)題的重要途徑。

1電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車，即用自身存儲(chǔ)的電能作為動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)用的電動(dòng)汽車出現(xiàn)在1881年巴黎國(guó)際電力博覽會(huì)上。得益于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和成本上的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)汽車在之后十幾年里發(fā)展迅速。到1900年，電動(dòng)汽車的生產(chǎn)數(shù)量已占到美國(guó)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(dòng)力的。進(jìn)入20世紀(jì)后，伴隨著內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)的進(jìn)步，尤其是福特流水線生產(chǎn)方式和電力汽車起動(dòng)機(jī)的發(fā)明，汽油機(jī)的使用成本迅速下降，電動(dòng)汽車的發(fā)展陷入了停滯，*場(chǎng)*額被后者取代。

20世紀(jì)后期，情況有了轉(zhuǎn)機(jī)。首先，70年代的三次石油危機(jī)導(dǎo)致的嚴(yán)重能源短缺使得各主要國(guó)家工業(yè)產(chǎn)值顯著下降，這讓人們對(duì)電動(dòng)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(guó)紛紛出臺(tái)了相關(guān)的環(huán)保法規(guī)政策來(lái)限制污染物的排放。在能源短缺與環(huán)境保護(hù)的雙重因素作用下，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)終于迎來(lái)了曙光。

2.個(gè)性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略研究意義

（1）解決高滲透率電動(dòng)汽車接入下充電資源與需求時(shí)空分布不匹配問(wèn)題，提升用戶出行體驗(yàn)，緩解高峰時(shí)段充電擁堵。隨著電動(dòng)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(shí)段，充電資源與需求的時(shí)空分布不匹配問(wèn)題更加突出，導(dǎo)致充電擁堵，給用戶帶來(lái)不便。個(gè)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(shí)時(shí)狀態(tài)，為用戶提供的充電方案，提高充電效率，緩解高峰時(shí)段充電擁堵，提升用戶出行體驗(yàn)。

（2）避免夜間電動(dòng)汽車離網(wǎng)動(dòng)作“一致性”導(dǎo)致的負(fù)荷低谷，減輕火電機(jī)組深度調(diào)峰壓力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。夜間，大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷急劇增加，給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大壓力。而個(gè)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(shí)間，避免夜間電動(dòng)汽車離網(wǎng)動(dòng)作“一致性”，從而減輕火電機(jī)組深度調(diào)峰壓力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.電動(dòng)汽車接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響

3.1電動(dòng)汽車負(fù)荷特性

（1）電動(dòng)汽車充電類型介紹不同類型的電動(dòng)汽車充電方式及其特點(diǎn)。

目前，電動(dòng)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(gòu)買新能源汽車后，很多人會(huì)安裝家用充電樁，隨時(shí)可以充電，較為方便。充電時(shí)，先在充電樁上設(shè)置好充電時(shí)間和停止時(shí)間，也可在手機(jī)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(shí)充電樁指示燈閃爍綠色或紅色。打開(kāi)手機(jī)APP，選擇私樁管理，啟動(dòng)充電，充電樁指示燈變?yōu)榫G色常亮即開(kāi)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(guò)程。

公共充電樁充電：對(duì)于無(wú)法安裝家用充電樁的人來(lái)說(shuō)，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(jī)掃碼或刷卡支付電費(fèi)后，充電樁解鎖，連接到車輛充電口即可。充電啟動(dòng)后，觀察電流以及電壓是否正常，正常后可離開(kāi)車輛。待電費(fèi)用完或者電量充滿后，會(huì)自動(dòng)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(lái)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(lái)困難，很多車主還擔(dān)心換上的電池太舊。

（2）電動(dòng)汽車的旅行鏈分析電動(dòng)汽車的出行規(guī)律對(duì)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(dòng)汽車充電需求時(shí)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(duì)電動(dòng)汽車充電需求有重要影響。

電動(dòng)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(gè)性等，所以用戶充電需求在時(shí)間和空間分布上具備一定隨機(jī)性。一般來(lái)說(shuō)，充電需求在白天較高，特別是在早晚高峰時(shí)段，因?yàn)檫@是駕駛員主要的出行時(shí)間；而換電需求則可能更集中在夜間或者清晨，因?yàn)檫@些時(shí)間段更換電池的運(yùn)輸成本較低。

（3）電動(dòng)汽車充電需求分布探討電動(dòng)汽車充電需求在時(shí)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(diǎn)。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(duì)較低。

4.如何減少電動(dòng)汽車接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響

4.1優(yōu)化充電策略

通過(guò)個(gè)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(dòng)汽車用戶合理安排充電時(shí)間和地點(diǎn)，避免充電負(fù)荷的集中出現(xiàn)。例如，可以在低谷時(shí)段鼓勵(lì)用戶充電，以減少對(duì)火電機(jī)組的壓力。同時(shí)，可以根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷情況和火電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)

為了適應(yīng)高滲透率電動(dòng)汽車的接入，需要加強(qiáng)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理和控制，提高電網(wǎng)的運(yùn)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(diǎn)，可以減少對(duì)火電機(jī)組的依賴。可以通過(guò)推廣太陽(yáng)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(jī)組的出力壓力。同時(shí)，可以利用電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能特性，實(shí)現(xiàn)可再生能源的消納和存儲(chǔ)，提高可再生能源的利用效率。

綜上所述，高滲透率電動(dòng)汽車的接入對(duì)火電機(jī)組的運(yùn)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(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)和推廣可再生能源發(fā)電等措施，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與火電機(jī)組的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5.個(gè)性化快充導(dǎo)航策略系統(tǒng)構(gòu)成

個(gè)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(gè)充電過(guò)程提供電力支持，確保充電設(shè)施能夠正常運(yùn)行。

車輛具備電池管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，如電量、溫度等，并與導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)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(jì)費(fèi)系統(tǒng)等。充電設(shè)備負(fù)責(zé)為車輛充電，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電狀態(tài)，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)充電量和充電時(shí)間進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算。電網(wǎng)通過(guò)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。

6.源荷協(xié)同有序充電策略概述

在規(guī)模化電動(dòng)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(guò)協(xié)調(diào)電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的資源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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(yùn)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(fù)荷側(cè)的充電需求，通過(guò)合理的調(diào)度和控制，實(shí)現(xiàn)兩者的平衡。

7安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)助力有序充電開(kāi)展

7.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)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(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

7.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)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(jì)。

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(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

7.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

7.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)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(xì)信息。

7.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

7.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

7.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

7.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)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

總結(jié)

本文針對(duì)規(guī)模化電動(dòng)汽車接入下的個(gè)性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略進(jìn)行了深入研究。

首先，在研究背景及意義方面，指出當(dāng)前國(guó)內(nèi)外能源利用面臨短缺和環(huán)境污染問(wèn)題，電動(dòng)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(dòng)汽車接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響。從電動(dòng)汽車負(fù)荷特性入手，介紹了不同類型的電動(dòng)汽車充電方式及其特點(diǎn)，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(gè)性化快充導(dǎo)航策略。介紹了基于動(dòng)態(tài)排隊(duì)互作用的個(gè)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(guò)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(duì)規(guī)模化電動(dòng)汽車接入下的個(gè)性化快充導(dǎo)航及源荷協(xié)同有序充電策略進(jìn)行了研究，為解決電動(dòng)汽車充電問(wèn)題提供了理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。但在實(shí)際應(yīng)用中，還需要進(jìn)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(shí)現(xiàn)。未來(lái)，可以進(jìn)一步研究更加智能、的充電導(dǎo)航和有序充電策略，推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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