易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)保政策的推進，電動汽車（EV）作為一種清潔交通工具，正逐漸成為主流。然而，電動汽車的普及也帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是在充電需求與電網(wǎng)負荷平衡方面。本文提出了一種基于分時電價（TDP）和光伏出力（PV）園區(qū)的電動汽車有序充電策略，旨在通過多目標優(yōu)化算法，實現(xiàn)充電成本最小化、電網(wǎng)負荷波動降低以及可再生能源的高效利用。本文通過蒙特卡洛模擬和實際數(shù)據(jù)驗證了該策略的有效性，結(jié)果表明，該策略不僅能夠有效降低用戶的充電成本，還能顯著減少電網(wǎng)的峰谷差率，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

1. 引言

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重視，電動汽車作為一種清潔交通工具，正迅速普及。然而，電動汽車的廣泛使用也帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是在充電需求與電網(wǎng)負荷平衡方面。傳統(tǒng)的充電方式往往集中在高峰時段，導(dǎo)致電網(wǎng)負荷波動加劇，增加了電網(wǎng)運行成本和風(fēng)險。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，分時電價（TDP）政策應(yīng)運而生，通過價格信號引導(dǎo)用戶在不同時間段進行充電，從而實現(xiàn)負荷的削峰填谷。

與此同時，光伏發(fā)電（PV）作為一種可再生能源，正逐漸成為電動汽車充電的重要電源。光伏出力園區(qū)的發(fā)展為電動汽車提供了清潔的充電選擇，進一步降低了對傳統(tǒng)能源的依賴。然而，光伏出力的間歇性和不確定性也給充電策略的制定帶來了新的挑戰(zhàn)。

本文旨在研究分時電價背景下，光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略。通過建立多目標優(yōu)化模型，并結(jié)合蒙特卡洛模擬和智能充電管理系統(tǒng)，本文提出了一種能夠有效降低充電成本、減少電網(wǎng)負荷波動并提高可再生能源利用率的有序充電策略。

2. 分時電價與光伏出力園區(qū)的結(jié)合

2.1 分時電價的影響

分時電價是一種通過價格信號引導(dǎo)用戶在不同時間段進行用電的市場機制。在分時電價機制下，電價在不同時間段存在差異，通常高峰時段電價較高，低谷時段電價較低。這種機制可以有效激勵用戶調(diào)整用電行為，從而實現(xiàn)負荷的削峰填谷。

對于電動汽車用戶而言，分時電價提供了降低充電成本的機會。用戶可以根據(jù)電價信息，調(diào)整充電時間和功率，以實現(xiàn)充電成本最小化。例如，在低谷時段，用戶可以提高充電功率，加快充電速度；而在高峰時段，用戶可以降低充電功率或暫停充電。

2.2 光伏出力的作用

光伏出力園區(qū)為電動汽車提供了清潔的充電選擇。光伏發(fā)電具有無污染、可再生等優(yōu)點，但其輸出功率受天氣和日照條件影響較大，具有間歇性和不確定性。為了充分利用光伏出力，需要將其與電動汽車充電需求進行有效匹配。

通過智能充電管理系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測光伏出力和電動汽車充電需求，并根據(jù)實際情況進行動態(tài)調(diào)整。例如，在光伏出力較高時，可以優(yōu)先使用光伏電力進行充電；而在光伏出力較低時，可以切換到電網(wǎng)供電。

3. 有序充電策略的制定

3.1 基于價格信號的充電優(yōu)化模型

3.2 智能充電管理系統(tǒng)的集成

智能充電管理系統(tǒng)是實現(xiàn)有序充電策略的關(guān)鍵。該系統(tǒng)具備以下功能：

1.實時監(jiān)測：實時監(jiān)測光伏出力、電動汽車充電狀態(tài)和電網(wǎng)負荷。

2.動態(tài)調(diào)整：根據(jù)實時數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整充電功率和時間。

3.用戶交互：提供用戶界面，允許用戶查看充電狀態(tài)、設(shè)置充電偏好。

4.數(shù)據(jù)分析：利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，預(yù)測光伏出力和電價變化趨勢。

4. 實證分析與結(jié)果

4.1 模擬場景設(shè)置

為了驗證所提策略的有效性，本文采用蒙特卡洛模擬方法，對某一特定園區(qū)內(nèi)的電動汽車充電行為進行仿真分析。模擬場景包括以下參數(shù)：

電動汽車數(shù)量：100輛

電池容量：50 kWh

充電功率：0-22 kW

光伏出力：0-500 kW

分時電價：高峰時段 1.5 元/kWh，低谷時段 0.5 元/kWh

4.2 結(jié)果分析

模擬結(jié)果表明，所提策略能夠有效降低充電成本和電網(wǎng)負荷波動：

充電成本：與傳統(tǒng)的固定電價充電方式相比，所提策略平均降低充電成本約 20%。

電網(wǎng)負荷波動：所提策略能夠顯著減少電網(wǎng)的峰谷差率，峰值負荷降低約 15%，谷值負荷增加約 10%。

可再生能源利用率：通過與光伏出力的有效匹配，所提策略提高了可再生能源的利用率，平均光伏利用率達到 85%。

圖1展示了不同充電策略下的電網(wǎng)負荷曲線。

5. 結(jié)論

本文提出了一種基于分時電價和光伏出力的電動汽車有序充電策略，通過多目標優(yōu)化模型和智能充電管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了充電成本最小化、電網(wǎng)負荷波動降低以及可再生能源的高效利用。實證分析結(jié)果表明，該策略不僅能夠有效降低用戶的充電成本，還能顯著減少電網(wǎng)的峰谷差率，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

未來，隨著電動汽車和可再生能源的進一步普及，有序充電策略的研究和應(yīng)用將更加深入。本文的研究為相關(guān)領(lǐng)域提供了新的思路和方法，具有重要的參考價值。

6.安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

6.1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。

6.2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。

6.3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)議為標準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。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

6.4.1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。

6.4.2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。

6.4.3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。

6.4.4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。

6.4.5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。

6.4.6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。

6.4.7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

6.4.8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。

6.5系統(tǒng)硬件配置

類型	型號	圖片	功能
安科瑞充電樁收費運營云平臺	AcrelCloud-9000		安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁	AEV-AC007D		額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁	AEV-DC030D		額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁	AEV-DC060S		額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁	AEV-DC120S		額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電
10路電瓶車智能充電樁	ACX10A系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電
2路智能插座	ACX2A系列		2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車智能充電樁	ACX20A系列		20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電
落地式電瓶車智能充電樁	ACX10B系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告
絕緣監(jiān)測儀	AIM-D100-ES		AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。
絕緣監(jiān)測儀	AIM-D100-T		AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān)	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊ANet-M4G		M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通
導(dǎo)軌式單相電表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證
導(dǎo)軌式電能計量表	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證
無線計量儀表	ADW300		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證
導(dǎo)軌式直流電表	DJSF1352-RN		直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證
面板直流電表	PZ72L-DE		直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證
電氣防火限流式保護器	ASCP200-63D		導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。
開口式電流互感器	AKH-0.66/K		AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。
霍爾傳感器	AHKC		霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。
智能剩余電流繼電器	ASJ		該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災(zāi)事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。

7.總結(jié)

在分時電價背景下，結(jié)合光伏出力園區(qū)的特點，提出了一系列電動汽車有序充電策略。包括基于價格信號的充電優(yōu)化模型、充電系統(tǒng)設(shè)計與集成優(yōu)化、光伏電源與電動汽車充電集成以及測試與驗證等方面。

基于價格信號的充電優(yōu)化模型，根據(jù)分時電價信息調(diào)整充電功率和時間，實現(xiàn)充電成本化和電網(wǎng)負荷平衡。用戶可在低谷時段適當提高充電功率，加快充電速度，高峰時段降低充電功率或暫停充電，以充分利用低電價時段的電力資源，同時緩解電網(wǎng)負荷。

充電系統(tǒng)設(shè)計與集成優(yōu)化方面，利用峰谷電價差異引導(dǎo)用戶在低谷時段充電，降低成本提率。采用智能充電管理系統(tǒng)實時監(jiān)測車輛充電狀態(tài)，調(diào)整充電功率，提高充電速度和效率。

光伏電源與電動汽車充電集成，促進充電效率提升，降低充電成本。集成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)充電方式效率提升顯著，智能充電管理系統(tǒng)在提升充電效率方面發(fā)揮重要作用。同時，集成系統(tǒng)充電成本較傳統(tǒng)方式降低，光伏電源的應(yīng)用降低了能源采購成本。

審核編輯 黃宇