發(fā)布時(shí)間： 2023-04-20 點(diǎn)擊次數(shù)： 1035次
在當(dāng)下生活中汽車已經(jīng)日漸普及，成為老百姓們在上班、旅行等活動(dòng)中十分重要的出行工具之一。從汽車起初生產(chǎn)以及使用至今，使用的能源絕大多數(shù)皆為石油。但隨著石油的大量使用，使其資源日益減少，而且對環(huán)境業(yè)產(chǎn)生了比較重大的影響，因此節(jié)約能源開發(fā)新能源，低碳行動(dòng)成為現(xiàn)如今人類面臨的重大問題。人類需要在滿足人民需求的同時(shí)保護(hù)環(huán)境節(jié)約資源，使三者達(dá)到一種相互促進(jìn)相互制約的程度。因此世界上諸多國家把目光轉(zhuǎn)移到一種時(shí)代的產(chǎn)物：電動(dòng)汽車，它是目前全球應(yīng)對能源緊缺、低碳環(huán)保以及發(fā)展的重要研究領(lǐng)域。隨著電動(dòng)汽車的大量生產(chǎn)與使用，我們面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
1電動(dòng)汽車無序充電對電網(wǎng)的影響
隨著電動(dòng)汽車使用數(shù)量的增多，大規(guī)模的電車隨機(jī)充電隨之而來。對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來不小的影響，主要包括：（1）電力系統(tǒng)峰值負(fù)荷增加。電動(dòng)汽車作為新型負(fù)荷接入電網(wǎng)，且大多數(shù)在晚間峰值高漲期充電，無疑給電力系統(tǒng)帶來新的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致峰谷差值大；（2）電能品質(zhì)的影響。電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)往往采用非線性電力電子設(shè)備，會(huì)生成或多或少的諧波電流，這些諧波會(huì)對電網(wǎng)中器件造成損耗，對電機(jī)進(jìn)行磨損使其減少壽命，使部分變壓器內(nèi)部的溫度時(shí)而升高，其他零器件磨損降低使用效率；（3）使配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度面臨新的挑戰(zhàn)。為了滿足大量電車的充電和用戶的需求，在配電網(wǎng)中增加大量充電的基礎(chǔ)設(shè)施勢必會(huì)改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，因此需要對配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化并對特性進(jìn)行升級，從而滿足需求。影響電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電的因素有：汽車?yán)m(xù)航能力不同；價(jià)格不同種類不同的電車其電池種類也不相同，很大的影響電車充電的時(shí)間以及效率；（4）汽車行駛里程。電動(dòng)汽車行駛里程是不確定因素，若每日行駛時(shí)間過長，行駛里程大，則接入電網(wǎng)充電的持續(xù)時(shí)間也會(huì)更長，進(jìn)而影響電網(wǎng)負(fù)荷的持續(xù)變化；（5）汽車保有量及不同用途。不同城市電動(dòng)汽車的數(shù)量也不盡相同，電動(dòng)汽車基數(shù)大則對電網(wǎng)影響更大，根據(jù)電動(dòng)汽車用途的不同充電時(shí)間段也不相同。同時(shí)也包括電動(dòng)汽車車主個(gè)人習(xí)慣，當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策等等都是影響電動(dòng)汽車充電的因素。電動(dòng)汽車不同于其他負(fù)荷，其具有隨機(jī)性，因此需要充分考慮影響其變化的因素，并建立理想的負(fù)荷概率模型，才可以更真實(shí)的模擬電動(dòng)汽車無序充電并研究其對電網(wǎng)造成的影響。
因此目前研究電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)影響通常選取不同的隨機(jī)變量通過蒙特卡洛仿真方法進(jìn)行建模，得出電動(dòng)汽車充電功率負(fù)荷概率模型，進(jìn)而與原負(fù)荷曲線進(jìn)行疊加比較，分析其對電網(wǎng)造成的影響。還可以通過對配電系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算，通過接入建模得出的電動(dòng)汽車負(fù)荷分析不同情況下電動(dòng)汽車充電對電力系統(tǒng)電壓及網(wǎng)絡(luò)損耗的仿真結(jié)果，說明電動(dòng)汽車充電對配電網(wǎng)的影響。通常選取IEEE33標(biāo)準(zhǔn)配電系統(tǒng)作為研究對象，如圖1所示。保有量及不同用途。不同城市電動(dòng)汽車的數(shù)量也不盡相同，電動(dòng)汽車基數(shù)大則對電網(wǎng)影響更大，根據(jù)電動(dòng)汽車用途的不同充電時(shí)間段也不相同。同時(shí)也包括電動(dòng)汽車車主個(gè)人習(xí)慣，當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策等等都是影響電動(dòng)汽車充電的因素。電動(dòng)汽車不同于其他負(fù)荷，其具有隨機(jī)性，因此需要充分考慮影響其變化的因素，并建立理想的負(fù)荷概率模型，才可以更真實(shí)的模擬電動(dòng)汽車無序充電并研究其對電網(wǎng)造成的影響。因此目前研究電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)影響通常選取不同的隨機(jī)變量通過蒙特卡洛仿真方法進(jìn)行建模，得出電動(dòng)汽車充電功率負(fù)荷概率模型，進(jìn)而與原負(fù)荷曲線進(jìn)行疊加比較，分析其對電網(wǎng)造成的影響。還可以通過對配電系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算，通過接入建模得出的電動(dòng)汽車負(fù)荷分析不同情況下電動(dòng)汽車充電對電力系統(tǒng)電壓及網(wǎng)絡(luò)損耗的仿真結(jié)果，說明電動(dòng)汽車充電對配電網(wǎng)的影響。通常選取IEEE33標(biāo)準(zhǔn)配電系統(tǒng)作為研究對象，如圖1所示。
圖1 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)
蘇小林張艷娟等人對影響充電負(fù)荷的充電行為、停車時(shí)間、電池荷電狀態(tài)因素進(jìn)行分析，利用分類分區(qū)法將預(yù)測區(qū)域進(jìn)行空間劃分，建立不同類型車輛在不同地點(diǎn)充電的概率模型，進(jìn)而得出進(jìn)行充電引導(dǎo)，則會(huì)使峰谷差增加，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；王輝、文福拴、辛建波等人基于美國交通部統(tǒng)計(jì)的家庭車輛行駛調(diào)查數(shù)進(jìn)行擬合，并分別考慮充電功率等因素通過蒙特卡洛方法得出隨機(jī)無序充電、V2G模式下的充電負(fù)荷曲線；并通過美國PG&E 69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例說明了無序隨機(jī)充電造成的峰上加峰現(xiàn)象其其他不良影響。李惠玲、白曉民以某個(gè)城市的10kv配電網(wǎng)線路為對象，通過分析建立負(fù)荷曲線得出隨著電動(dòng)汽車滲透率增加，配電網(wǎng)在原有負(fù)荷的基礎(chǔ)上，峰值進(jìn)一步變大，較大負(fù)載率增加。
2 電動(dòng)汽車有序充電研究現(xiàn)狀
2.1 有序充電研究過程考慮的目標(biāo)函數(shù)
在對目前有關(guān)電動(dòng)汽車有序研究的文獻(xiàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，主要通過幾個(gè)方面來對充電的目標(biāo)進(jìn)行控制，這幾個(gè)方面也是從用戶個(gè)人角度以及電網(wǎng)角度進(jìn)行考慮。
（1）電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差較小化
目標(biāo)函數(shù)為日較大負(fù)荷減去日較小負(fù)荷。電動(dòng)汽車無序充電，對電網(wǎng)所產(chǎn)生重要的負(fù)面影響便是"峰上加峰"現(xiàn)象，因此可以以電網(wǎng)峰谷差為目標(biāo)函數(shù)。
（2）總負(fù)荷曲線方差較小目標(biāo)函數(shù)為保持時(shí)段的負(fù)荷總數(shù)減去日平均負(fù)荷之后的平方較
小化。
（3）用戶充電費(fèi)用較小
與用戶充電費(fèi)用有關(guān)的因素有該時(shí)段的電價(jià)、充電的時(shí)長，車輛的充電功率、車輛的總數(shù)以及第幾輛車是否充電等因素有關(guān)。
（4）充電曲線峰值較小
部分地區(qū)存在汽車保有量大，電動(dòng)汽車規(guī)模大，如果集中充電會(huì)使一天的某一時(shí)刻負(fù)荷突然急劇變大，導(dǎo)致該地區(qū)超負(fù)荷，因此要保證在高峰期時(shí)充電負(fù)荷曲線峰值非常小，以保證供電區(qū)域電網(wǎng)電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
（5）電動(dòng)汽車的充電完成時(shí)間較小
電動(dòng)汽車在停留時(shí)間內(nèi)接入電網(wǎng)進(jìn)而進(jìn)行充電，若提前完成充電既可提高用戶需求度進(jìn)而激勵(lì)用戶配合調(diào)度，同時(shí)也可提升充電的效率，因此充電時(shí)間也可為一個(gè)目標(biāo)。
（6）充電站的運(yùn)營經(jīng)濟(jì)效益較大化
與充電站的運(yùn)營經(jīng)濟(jì)有關(guān)的因素有充電機(jī)的在哪一時(shí)間段是否進(jìn)行開關(guān)機(jī)的控制方案有關(guān)。
2.2 有序充電研究過程考慮的約束條件
2.2.1 電動(dòng)汽車的充電量
電動(dòng)汽車充電后的電量應(yīng)大于等于起始電量。
2.2.2 用戶充電時(shí)間
用戶給電動(dòng)汽車充電的啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于等于用戶后面駕車返回家的時(shí)間，且小于等于用戶汽車充電的完成時(shí)間；用戶給電車充電的啟動(dòng)時(shí)間與充電時(shí)間的總和應(yīng)小于等于用戶下一階段出行的時(shí)間，即不耽誤用戶正常出行。
2.2.3 充電過程的費(fèi)用較小
由于電動(dòng)汽車有序充電是一個(gè)對使電網(wǎng)影響和很小的優(yōu)化調(diào)度策略，需要用戶配合其調(diào)度達(dá)到雙贏，因此使車主在采用優(yōu)化有序充電策略后支出費(fèi)用比之前的無序充電費(fèi)用小，才能大力度鼓勵(lì)用戶配合有序充電，因此充電過程的支出費(fèi)用也是需要考慮的因素之一。
2.2.4 地區(qū)基本負(fù)荷保持一定
有序充電是一種調(diào)度手段，通過這種手段可以使電動(dòng)汽車避免在高峰期給電網(wǎng)帶來的峰上加峰現(xiàn)象，同時(shí)也避免大部分用戶避開高峰期進(jìn)行充電而出現(xiàn)的第二高峰期，但應(yīng)保持原負(fù)荷不變，即不影響用戶生活及正常行動(dòng)之外進(jìn)行合理“減負(fù)"。
2.2.5 配電網(wǎng)負(fù)荷上限
配電網(wǎng)的負(fù)荷很大上限也應(yīng)是約束條件之一，即地區(qū)原基礎(chǔ)負(fù)荷與電車充電產(chǎn)生的負(fù)荷應(yīng)小于電力網(wǎng)所能承受的負(fù)荷較大值。
2.2.6 線路熱負(fù)荷約束
電力系統(tǒng)中部件的較大熱載荷，即流過該部件視在輸出功率與其發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行輸出功率之間的差值。通常考慮串聯(lián)變壓器線路的較大熱負(fù)荷，即線路熱負(fù)荷要小于等于線路的較大熱負(fù)荷。
2.2.7 區(qū)域內(nèi)充電樁數(shù)量約束
考慮到轄區(qū)范圍內(nèi)的充電樁總量限制，如果單位范圍內(nèi)電動(dòng)汽車充電總量過大，將會(huì)產(chǎn)生等待充電的時(shí)段過長現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶正常使用，因此需要考慮充電樁數(shù)量。
劉星平、李世軍等人在進(jìn)行有序充電優(yōu)化建模時(shí)以時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車在充電過程中獲得的電能較大為目標(biāo)函數(shù)；以充電樁的電壓、變壓器容量、充電容量、線路熱負(fù)荷等為約束條件進(jìn)行優(yōu)化求解。孫曉明在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)考慮了電網(wǎng)和用戶兩側(cè)的目標(biāo)，以電動(dòng)汽車充電后的峰值較大負(fù)荷、負(fù)荷方差、電動(dòng)汽車在分時(shí)電價(jià)下的充電總費(fèi)用以及充電完成時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，并近一步進(jìn)行歸一化處理，并以充電時(shí)間和充電電量為約束條件。
李秋碩以平抑負(fù)荷波動(dòng)，即配電網(wǎng)從主網(wǎng)獲取的總有功波動(dòng)較小為第一目標(biāo)函數(shù)，再以較大化新能源出力為第二目標(biāo)函數(shù)，以及系統(tǒng)總發(fā)電成本為第三目標(biāo)函數(shù)；以有功功率平衡、電網(wǎng)潮流方程、線路及變壓器容量、火力發(fā)電機(jī)組的功率上下限為約束條件進(jìn)而使用相應(yīng)的算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解。徐智威，胡澤春等人以將充電站的經(jīng)營效益優(yōu)化為目標(biāo)，以供電變壓器設(shè)備設(shè)備容量為約束條件進(jìn)行的有序充電管理對策。
賀繼鋒、陳杰軍等人以用戶充電成本和電網(wǎng)峰谷差為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以電動(dòng)汽車數(shù)量、充電時(shí)間、區(qū)域內(nèi)充電樁數(shù)量、電網(wǎng)收益以及電價(jià)范圍為約束，建立了較優(yōu)地區(qū)峰谷分時(shí)段電價(jià)測算模型。
2.3 有序充電研究過程中的使用算法
在確定目標(biāo)函數(shù)和約束條件后，應(yīng)選定適合的算法進(jìn)行求取較優(yōu)解，常用的算法有：遺傳算法，差分進(jìn)化算法；鯨魚算法；螢火 蟲算法；TOPSIS算法；雙層優(yōu)化算法。下面對幾種常用的算法的主要內(nèi)容以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的比較，如上圖表1所示。 在對有序充電調(diào)度較為優(yōu)解進(jìn)行求解的過程，目前研究使用的算法不盡相同。
3 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)
3.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(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)對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)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。
3.2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(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)。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.3.1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)中心層和客戶端層。
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)中心層：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、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(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過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。
3.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
3.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)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(shí)長、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。
3.4.2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(tái)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。
3.4.4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)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
3.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過系統(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。
3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(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。
3.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(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
3.4.8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。
3.5系統(tǒng)硬件配置
4結(jié)語
由于中國政府對電車行業(yè)的支持，電車的生產(chǎn)規(guī)模會(huì)伴隨時(shí)代的進(jìn)展而日益擴(kuò)大，如此龐大的聚集性負(fù)荷接入電網(wǎng)勢必給電網(wǎng)帶來消極的影響，因此未來對于研究電動(dòng)汽車有序充電優(yōu)化策略是一個(gè)熱點(diǎn)。對于電動(dòng)汽車作為新型負(fù)荷的合理有序控制會(huì)給電網(wǎng)和用戶帶來經(jīng)濟(jì)性的收益。電動(dòng)汽車會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來較小污染的排放，滿足當(dāng)前追求綠色的能源發(fā)展戰(zhàn)略；對于電力公司來說，通過對充電順序、時(shí)間，電價(jià)等合理的電動(dòng)汽車充電調(diào)度可以使電網(wǎng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)可靠。未來對于這方面的研究還應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)問題：
（1）多關(guān)注用戶對于優(yōu)化充電調(diào)度的滿意度，完善經(jīng)濟(jì)激勵(lì)制度，使電動(dòng)汽車用戶自愿配合調(diào)度。
（2）簡化充電制度，將用戶充電這一行為與智能手機(jī)匹配，使用戶通過手機(jī)關(guān)注并管理充電狀態(tài)；
（3）重點(diǎn)關(guān)注交通情況和充電樁占用情況，結(jié)合當(dāng)?shù)仉妰r(jià)和用戶個(gè)人需求以及當(dāng)時(shí)的交通情況綜合向用戶推薦較優(yōu)充電路徑和充電持續(xù)時(shí)間，通過用戶個(gè)人實(shí)際情況自行抉擇。
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