安科瑞 劉邁

摘要： 隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提升，電動汽車產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展機遇。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為連接電動汽車與外部環(huán)境的關(guān)鍵紐帶，為實現(xiàn)電動汽車群的有序充電提供了嶄新的技術(shù)手段。本研究深入剖析車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電優(yōu)化策略，多方面探討其在能源利用、電網(wǎng)穩(wěn)定等多方面的重要意義，詳細(xì)分析面臨的諸多挑戰(zhàn)，并提出一系列行之有效的優(yōu)化方法。闡述安科瑞充電樁收費運營云平臺在推動有序充電進(jìn)程中的貢獻(xiàn)，該平臺通過整合充電資源、優(yōu)化調(diào)度機制以及提升用戶體驗等多維度功能，為電動汽車群有序充電的大規(guī)模應(yīng)用提供了堅實的技術(shù)支撐與運營保障，對未來智能交通與能源管理領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；電動汽車群；有序充電；安科瑞充電樁收費運營云平臺

一、引言

在當(dāng)今時代，傳統(tǒng)燃油汽車所帶來的環(huán)境污染與能源危機問題日益嚴(yán)峻，電動汽車因其低排放特性成為全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心方向。然而，隨著電動汽車保有量呈指數(shù)級增長，其無序充電行為給電力系統(tǒng)帶來了一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。例如，在用電高峰期，大量電動汽車集中充電會導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷急劇攀升，進(jìn)一步加劇峰谷差，降低電網(wǎng)設(shè)備的運行效率與使用壽命；同時，可能引發(fā)電壓波動、諧波污染等電能質(zhì)量問題，嚴(yán)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。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展為解決這些問題開辟了新的途徑，它借助的通信技術(shù)與信息處理手段，構(gòu)建起電動汽車、充電設(shè)施、電網(wǎng)以及用戶之間的緊密信息交互網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)電動汽車群的有序充電提供了可能，這對于推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及構(gòu)建智能、有效、綠色的能源體系具有關(guān)鍵的戰(zhàn)略意義。

二、車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電的意義

2.1削峰填谷

在電力系統(tǒng)的運行過程中，負(fù)荷的峰谷差一直是影響系統(tǒng)運行效率與經(jīng)濟性的重要因素。電動汽車群的無序充電往往會與居民用電、工業(yè)用電等常規(guī)用電負(fù)荷疊加，使得電網(wǎng)在特定時段承受巨大的負(fù)荷壓力。而有序充電策略則能夠充分利用車聯(lián)網(wǎng)所提供的信息優(yōu)勢，準(zhǔn)確掌握每輛電動汽車的充電需求與可調(diào)度時間窗口。通過制定靈活的充電計劃，引導(dǎo)電動汽車在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期進(jìn)行充電，例如深夜時段，此時電力供應(yīng)相對充裕且電價較低。在負(fù)荷高峰期，如傍晚居民用電高峰時段，則適當(dāng)控制或減少電動汽車的充電功率，甚至?xí)和２糠址蔷o急充電需求的電動汽車充電。這樣一來，能夠有效平滑電網(wǎng)的負(fù)荷曲線，顯著降低峰谷差，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率，減少為滿足尖峰負(fù)荷而額外建設(shè)的發(fā)電與輸電設(shè)施投資，從而大幅降低電網(wǎng)的整體運行成本，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置與有效利用。

2.2提升電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與可靠性的重要指標(biāo)。當(dāng)大量電動汽車同時接入電網(wǎng)進(jìn)行充電時，由于充電設(shè)備的非線性特性以及充電電流的隨機性，易引發(fā)一系列電能質(zhì)量問題。例如，充電過程中的諧波電流注入電網(wǎng)，會導(dǎo)致電壓波形畸變，影響其他電力設(shè)備的正常運行，降低其使用壽命；瞬間的大功率充電需求可能引起電壓波動與閃變，對敏感電力設(shè)備造成損害，甚至影響到周邊居民的正常用電體驗。而車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的有序充電策略能夠通過智能調(diào)度與控制，對電動汽車群的充電過程進(jìn)行精細(xì)化管理。根據(jù)電網(wǎng)的實時電壓、電流等電能質(zhì)量參數(shù)以及各區(qū)域的負(fù)荷分布情況，合理分配充電功率與時間，避免大規(guī)模集中充電所帶來的沖擊性負(fù)荷。同時，采用的諧波抑制技術(shù)與無功補償策略，對充電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制，有效減少諧波電流的產(chǎn)生與注入，維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，從而多面提升電能質(zhì)量，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及其他電力用戶的正常用電權(quán)益。

2.3促進(jìn)電動汽車普及

電動汽車的廣泛普及不僅僅取決于車輛本身的性能與價格，充電設(shè)施的便利性與充電體驗也是至關(guān)重要的影響因素。在無序充電模式下，由于缺乏有效的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理，往往會出現(xiàn)充電設(shè)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(yuǎn)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(jìn)一步推廣。車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的有序充電優(yōu)化策略能夠借助大數(shù)據(jù)分析與智能預(yù)測技術(shù)，深入了解不同區(qū)域、不同時間段的充電需求分布規(guī)律?；诖?，通過合理規(guī)劃充電設(shè)施的布局與建設(shè)，優(yōu)化充電資源的配置，提高充電設(shè)施的整體利用率。同時，為用戶提供個性化的充電服務(wù)，如根據(jù)用戶的出行計劃與電池剩余電量，提前預(yù)約合適的充電時間與地點，并提供實時的充電狀態(tài)查詢與導(dǎo)航引導(dǎo)功能。這樣能夠大大地提升用戶的充電體驗，增強用戶對電動汽車的使用信心與滿意度，從而有力地促進(jìn)電動汽車在全社會的廣泛普及，加速交通領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

三、車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電面臨的挑戰(zhàn)

3.1信息交互復(fù)雜性

車聯(lián)網(wǎng)作為一個龐大而復(fù)雜的信息交互系統(tǒng)，涵蓋了海量的電動汽車、種類繁多的充電設(shè)施、龐大復(fù)雜的電網(wǎng)以及需求各異的用戶群體。在這個系統(tǒng)中，信息的種類豐富，包括電動汽車的電池狀態(tài)信息（如電量、健康度、充電倍率等）、位置信息、行駛計劃信息；充電設(shè)施的類型、規(guī)格、運行狀態(tài)信息；電網(wǎng)的實時負(fù)荷信息、電能質(zhì)量信息、電價政策信息；用戶的充電偏好信息、出行習(xí)慣信息等。這些信息不僅數(shù)據(jù)量巨大，而且具有高度的動態(tài)性與實時性要求，需要在不同主體之間進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、安全的傳輸與交互。然而，由于不同設(shè)備與系統(tǒng)之間的通信協(xié)議差異、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一以及網(wǎng)絡(luò)安全隱患等問題，導(dǎo)致信息交互面臨諸多困難。例如，部分老舊充電設(shè)施可能采用的是早期的通信標(biāo)準(zhǔn)，與新型電動汽車或電網(wǎng)管理系統(tǒng)之間的兼容性較差，無法實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸；在信息傳輸過程中，容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等安全威脅，影響用戶隱私與電網(wǎng)運行安全。因此，如何構(gòu)建一個統(tǒng)一、有效、安全的信息交互平臺，確保車聯(lián)網(wǎng)中各類信息的順暢流通與有效利用，是實現(xiàn)電動汽車群有序充電面臨的首要挑戰(zhàn)。

3.2用戶充電需求多樣性

電動汽車用戶群體具有高度的多樣性，其充電需求受到多種因素的綜合影響。首先，不同用戶的出行習(xí)慣差異巨大，部分用戶主要用于日常通勤，其充電時間相對固定且集中在下班后或夜間；而另一些用戶則可能從事物流配送、出租車運營等行業(yè)，其充電需求具有隨機性與高頻次特點，需要在運營間隙快速充電以維持車輛的持續(xù)運行。其次，用戶的行駛里程需求也各不相同，一些短途出行用戶可能只需少量充電即可滿足日常需求，而長途出行用戶則對電池續(xù)航里程與充電速度有更高的要求。此外，用戶對于充電成本的敏感度也存在差異，部分用戶愿意為了節(jié)省充電時間而選擇在高峰時段使用快充服務(wù)，即使電價較高；而另一些注重經(jīng)濟性的用戶則更傾向于在電價低谷時段進(jìn)行慢充。這種用戶充電需求的多樣性使得在制定統(tǒng)一的有序充電策略時面臨巨大挑戰(zhàn)。如何在滿足電網(wǎng)整體運行要求的前提下，充分考慮不同用戶的個性化需求，兼顧充電效率、成本與用戶滿意度，是實現(xiàn)電動汽車群有序充電優(yōu)化管理的關(guān)鍵難點之一。

3.3電網(wǎng)承載能力不確定性

電網(wǎng)的承載能力并非一成不變，而是受到多種復(fù)雜因素的動態(tài)影響。一方面，電力系統(tǒng)的負(fù)荷本身具有明顯的時變性與季節(jié)性特征，在不同的時間段（如工作日與節(jié)假日、夏季與冬季），居民用電、工業(yè)用電等常規(guī)負(fù)荷的需求差異較大，這使得電網(wǎng)在不同時期能夠分配給電動汽車充電的剩余容量存在很大不確定性。另一方面，隨著分布式能源（如太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的廣泛接入，其發(fā)電功率的隨機性與間歇性進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)運行狀態(tài)的復(fù)雜性。例如，在晴朗的白天，太陽能發(fā)電系統(tǒng)可能會產(chǎn)生大量的電能，使得電網(wǎng)在該時段的承載能力相對較強；但在夜間或陰天等情況下，太陽能發(fā)電功率驟降，電網(wǎng)的供電能力則會相應(yīng)減弱。此外，電網(wǎng)中的設(shè)備故障、線路檢修等突發(fā)情況也會對電網(wǎng)的承載能力產(chǎn)生臨時性的影響。在這種電網(wǎng)承載能力不確定性的背景下，如何實時、準(zhǔn)確地評估電網(wǎng)的可用容量，并據(jù)此動態(tài)調(diào)整電動汽車群的有序充電策略，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，是車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電面臨的又一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

四、車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電優(yōu)化策略

4.1基于價格激勵的優(yōu)化策略

通過制定分時電價、峰谷電價等價格機制，引導(dǎo)用戶在電價較低的時段進(jìn)行充電。建立電動汽車用戶響應(yīng)模型，根據(jù)電價變化調(diào)整充電功率和時間，以實現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷的優(yōu)化。

4.2基于智能調(diào)度的優(yōu)化策略

利用車聯(lián)網(wǎng)獲取電動汽車的電池狀態(tài)、位置、預(yù)計充電時間等信息，結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測，通過智能算法對電動汽車群進(jìn)行充電調(diào)度。例如，采用遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等優(yōu)化充電順序和充電功率分配，使充電負(fù)荷與電網(wǎng)負(fù)荷相匹配。

五、安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

5.1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(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(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)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2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。

5.3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。

5.4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(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(jìn)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。

5.4.2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。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(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。

5.4.4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(jìn)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。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(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，同時可接收故障推送

5.4.8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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

六.結(jié)論

車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電動汽車群有序充電對于提高電網(wǎng)運行效率、促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但通過合理的優(yōu)化策略如基于價格激勵和智能調(diào)度等方法可以有效改善充電管理。安科瑞充電樁收費運營云平臺憑借其完善的功能在助力有序充電開展方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，通過整合充電資源、優(yōu)化用戶管理和智能調(diào)度等手段，為實現(xiàn)電動汽車群有序充電提供了有力的支持，在未來的電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運營管理中將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔣怡靜,于艾清,黃敏麗.考慮用戶滿意度的電動汽車時空雙尺度有序充電引導(dǎo)策略

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版