安科瑞魯一揚(yáng)15821697760
摘要:電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展使其充電行為對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生了不可忽視的作用。本研究剖析了電動(dòng)汽車充電技術(shù)特性與配電網(wǎng)運(yùn)行原理,探究了充電行為對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷、電壓和穩(wěn)定性的影響,如高峰時(shí)負(fù)荷過載、負(fù)荷隨機(jī)性致預(yù)測困難、電壓波動(dòng)影響充電與設(shè)備、頻率下降危及穩(wěn)定性及功率平衡面臨挑戰(zhàn)等。進(jìn)而提出協(xié)調(diào)充電時(shí)間、智能充電等有序控制策略。最后總結(jié)研究成果,并對(duì)未來有序控制策略的優(yōu)化與新技術(shù)應(yīng)用的探索予以展望。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車充電;配電網(wǎng)負(fù)荷;有序控制策略
一、引言
1.1 研究背景
在環(huán)保意識(shí)提升與技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下,電動(dòng)汽車步入快速發(fā)展軌道。近年來我國新能源汽車銷量持續(xù)攀升,2023 年更是創(chuàng)新高。電動(dòng)汽車作為環(huán)保節(jié)能的出行工具,前景廣闊。然而,其大規(guī)模普及給配電網(wǎng)帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。
電動(dòng)汽車充電的隨機(jī)性與不確定性,易使大量車輛同時(shí)充電時(shí)造成配電網(wǎng)負(fù)荷過載,干擾電網(wǎng)正常運(yùn)行。且充電高峰與居民用電高峰重疊,加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。例如,相關(guān)研究顯示電動(dòng)汽車無序充電致使配電網(wǎng)負(fù)荷高峰,高峰時(shí)段充電量占日充電總量 70%,大幅增加電網(wǎng)波動(dòng)。
為應(yīng)對(duì)此情況,有序控制策略成為關(guān)鍵。通過合理規(guī)劃充電設(shè)施、運(yùn)用智能充電技術(shù)與引導(dǎo)用戶行為等舉措,可有效降低電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的沖擊,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)提升能源利用效率,推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
1.2 研究目的
伴隨電動(dòng)汽車數(shù)量的持續(xù)增長,其充電行為對(duì)配電網(wǎng)的影響愈發(fā)突出。本研究旨在探尋有效的智能有序控制策略,以削減電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)面效應(yīng)。
電動(dòng)汽車充電需求的隨機(jī)性與不確定性,給配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測與調(diào)度帶來極大挑戰(zhàn)。如自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)與國網(wǎng)能源研究院有限公司聯(lián)合報(bào)告指出,到 2020 年與 2030 年,無序充電情形下國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域峰值負(fù)荷將分別增加 1361 萬千瓦和 1.53 億千瓦。不同區(qū)域與設(shè)施類型占比各異,分散式專用充電樁占比較大。
為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),需采取一系列智能有序控制策略。首先,協(xié)調(diào)充電時(shí)間是有效途徑。借助政策引導(dǎo)與高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)、智能軟硬件支持,鼓勵(lì)用戶避開充電高峰期。例如私家車可在上午快充或 15:00 前利用公用設(shè)施慢充;公交車可依運(yùn)行規(guī)律調(diào)控充電時(shí)段。
其次,智能充電技術(shù)應(yīng)用可緩解電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響。集中式充電控制策略能縮小充電負(fù)荷峰谷差,避免配電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng);分布式充電控制策略可借助通信技術(shù)檢測車輛充電信息,為用戶提供個(gè)性化方案。
綜上,通過探索有效的智能有序控制策略,可降低電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)面影響,保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
二、理論基礎(chǔ)
2.1 電動(dòng)汽車充電技術(shù)特性
2.1.1 充電速度與用戶體驗(yàn)
快充技術(shù)顯著改善了用戶的充電體驗(yàn)。部分高端電動(dòng)汽車采用高電壓、大電流快充技術(shù),能在短時(shí)間內(nèi)為車輛補(bǔ)充大量電能。以某些車型為例,使用快充可在 30 分鐘內(nèi)將電池電量從 20% 提升至 80%,極大縮短了充電等待時(shí)間。
不過,快充技術(shù)也給電網(wǎng)帶來一定壓力。一方面,快充站建設(shè)需大量電力資源,可能加重電網(wǎng)負(fù)荷。一個(gè) 120kW 的快充樁充電電流可達(dá)數(shù)百安培,相當(dāng)于數(shù)十戶家庭用電負(fù)荷。另一方面,快充過程中電流波動(dòng)較大,可能影響電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。
2.1.2 充電安全性保障
充電安全是電動(dòng)汽車發(fā)展的重要基石,涵蓋電氣安全與電池安全兩方面。
在電氣安全方面,充電樁配備了漏電保護(hù)、過流保護(hù)和防雷等電氣防護(hù)設(shè)備。例如充電樁柱體安裝防盜鎖,充電干路上設(shè)有空氣開關(guān)、漏保開關(guān)、交直流接觸器和浪涌保護(hù)器等,形成多級(jí)保護(hù)。系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)智能監(jiān)控,一旦出現(xiàn)異常,能在毫秒級(jí)切斷充電電流回路,保障操作人員與設(shè)備安全。
在電池安全方面,純電動(dòng)汽車的 BMS 電源管理系統(tǒng)在充電時(shí)會(huì)密切關(guān)注電池組狀態(tài),調(diào)整充電功率以控制溫度,充滿電后自動(dòng)切斷電源。充電前,車輛充電口與充電樁會(huì)進(jìn)行絕緣檢測,檢測失敗則無法啟動(dòng)充電。充電樁還具備短路保護(hù)功能,充電過程中發(fā)生短路時(shí)可立即切斷電流,確保安全。
2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行原理
配電網(wǎng)是連接輸電網(wǎng)與用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其結(jié)構(gòu)與功能直接關(guān)乎電力供應(yīng)質(zhì)量與可靠性。配電網(wǎng)主要由變壓器、配電線路、開關(guān)設(shè)備等構(gòu)成,其主要功能是將高壓電能降壓后分配給各個(gè)用戶。
2.2.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與負(fù)荷承載
變壓器在配電網(wǎng)中起著核心作用,負(fù)責(zé)將高壓電能轉(zhuǎn)換為適合用戶使用的電壓等級(jí)。在承載電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí),變壓器需依據(jù)充電負(fù)荷大小與變化進(jìn)行合理配置與調(diào)整。例如,當(dāng)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷增大時(shí),變壓器需承受更大的電流與功率,這就要求其具備足夠的容量與過載能力。一般而言,變壓器容量越大,承載充電負(fù)荷的能力越強(qiáng)。
配電線路是電能從變壓器輸送至用戶的通道。在承載充電負(fù)荷時(shí),需考慮電流大小、線路長度、導(dǎo)線截面積等因素。以住宅區(qū)為例,當(dāng)新能源汽車保有量達(dá)到一定規(guī)模后,“居民端” 用電量可能大幅增加。一輛新能源汽車平均電池容量 70kw.h,每次充電量按 35kw.h 計(jì)算(SOC 從 30% 充到 80%),相當(dāng)于 3.5 個(gè)人一天的用電量。這意味著配電線路需具備足夠的載流能力,以滿足電動(dòng)汽車充電需求。否則,可能出現(xiàn)線路過熱、電壓下降等問題,影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。
2.2.2 配電網(wǎng)穩(wěn)定性指標(biāo)
電網(wǎng)頻率是衡量電網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)之一。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷變化可能影響電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性。大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電時(shí),電網(wǎng)負(fù)荷驟增,可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降。為維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定,電力系統(tǒng)需采取相應(yīng)措施,如調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率、啟動(dòng)備用電源等。
功率平衡也是配電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。在配電網(wǎng)中,發(fā)電功率與負(fù)荷功率需保持平衡,以確保電網(wǎng)正常運(yùn)行。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷增加會(huì)打破這種平衡,可能導(dǎo)致功率缺額或過剩。為維持功率平衡,電力系統(tǒng)需根據(jù)充電負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整發(fā)電功率,或采取需求側(cè)管理措施,如引導(dǎo)用戶合理安排充電時(shí)間、采用智能充電技術(shù)等。
此外,電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的隨機(jī)性與不確定性也給配電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),電力系統(tǒng)需加強(qiáng)充電負(fù)荷預(yù)測與管理,提升電網(wǎng)的靈活性與適應(yīng)性。例如,可運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)精準(zhǔn)預(yù)測電動(dòng)汽車充電負(fù)荷,為電網(wǎng)調(diào)度與規(guī)劃提供依據(jù)。同時(shí),通過建設(shè)智能配電網(wǎng)、推廣儲(chǔ)能技術(shù)等措施,提高電網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性。
三、電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響
3.1 對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響
隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的不斷增多,其對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響愈發(fā)顯著。
3.1.1 高峰時(shí)段負(fù)荷過載
在高峰時(shí)段,大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電可能致使局部電網(wǎng)負(fù)荷過載。據(jù)公安部數(shù)據(jù),截至 6 月底,全國新能源汽車保有量達(dá) 1620 萬輛,純電動(dòng)汽車占比 77.8%。上半年新注冊(cè)登記新能源汽車 312.8 萬輛,同比增長 41.6%。如此龐大的電動(dòng)汽車數(shù)量,在高峰時(shí)段集中充電,會(huì)給局部電網(wǎng)帶來巨大壓力。以北京為例,多數(shù)電動(dòng)汽車車主在晚 6 點(diǎn)下班后充電,與居民生活用電高峰重合,拉高居住區(qū)峰值負(fù)荷,影響電網(wǎng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性與安全性。大量電動(dòng)汽車在高峰時(shí)段集中充電,可能使局部電網(wǎng)負(fù)荷超出承載能力,引發(fā)電網(wǎng)故障甚至停電。
3.1.2 負(fù)荷隨機(jī)性與預(yù)測難度
電動(dòng)汽車充電的隨機(jī)性與不確定性給電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測與調(diào)度帶來極大挑戰(zhàn)。一方面,電動(dòng)汽車充電行為受用戶出行習(xí)慣、電池電量、充電設(shè)施可用性等多種因素影響,難以精確預(yù)測。用戶可能在任意時(shí)間、地點(diǎn)充電,且充電時(shí)長不確定。另一方面,隨著電動(dòng)汽車數(shù)量快速增長,這種隨機(jī)性與不確定性對(duì)電網(wǎng)的影響日益增大。如自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)與國網(wǎng)能源研究院有限公司聯(lián)合報(bào)告指出,到 2020 年與 2030 年,無序充電情形下國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域峰值負(fù)荷將分別增加 1361 萬千瓦和 1.53 億千瓦。不同區(qū)域與設(shè)施類型占比不同,分散式專用充電樁占比較大。這種不確定性使電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測更為困難,難以精準(zhǔn)安排發(fā)電與輸電計(jì)劃,影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。為應(yīng)對(duì)此挑戰(zhàn),需采用先進(jìn)技術(shù)手段,如大數(shù)據(jù)分析、人工智能等,精準(zhǔn)預(yù)測電動(dòng)汽車充電負(fù)荷,同時(shí)結(jié)合智能充電技術(shù)與需求側(cè)管理措施,提升電網(wǎng)的靈活性與適應(yīng)性。
3.2 對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響
電動(dòng)汽車充電過程中,電網(wǎng)電壓可能因負(fù)荷快速變化而波動(dòng),這對(duì)配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生多方面影響。
3.2.1 電壓波動(dòng)與充電效率
電壓波動(dòng)會(huì)顯著影響電動(dòng)汽車的充電效率。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí),充電設(shè)備需不斷調(diào)整輸出功率以適應(yīng)電壓變化,可能導(dǎo)致充電時(shí)間延長。例如,極氪 001 使用超級(jí)充電樁充電時(shí),因站點(diǎn)電壓不足,充電過程漫長,未達(dá)預(yù)估值。若電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定,充電設(shè)備可能無法以最佳功率輸出,降低充電效率。此外,電壓波動(dòng)還可能影響電池壽命與性能。頻繁的電壓波動(dòng)可能使電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定,加速電池老化,降低電池容量與續(xù)航里程。
3.2.2 對(duì)其他設(shè)備的影響
電壓波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)中其他用電設(shè)備也有較大危害。一方面,可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。一些精密電子設(shè)備對(duì)電壓變化極為敏感,如計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),這些設(shè)備可能出現(xiàn)故障、數(shù)據(jù)丟失或誤操作。另一方面,可能縮短設(shè)備壽命。長期處于電壓波動(dòng)環(huán)境下的設(shè)備,其內(nèi)部電子元件易受損,降低設(shè)備使用壽命。例如,一些家用電器在電壓波動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)噪音增大、發(fā)熱異常等現(xiàn)象,長期使用可能提前損壞。此外,電壓波動(dòng)還可能引發(fā)諧波污染,影響電網(wǎng)電能質(zhì)量,進(jìn)一步對(duì)其他用電設(shè)備造成不良影響。例如,電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的諧波可能與其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波疊加,導(dǎo)致電網(wǎng)諧波含量超標(biāo),干擾電網(wǎng)正常運(yùn)行。
3.3 對(duì)配電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響
3.3.1 頻率下降與穩(wěn)定性
大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降,影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。隨著電動(dòng)汽車保有量不斷增加,其充電需求日益增長。當(dāng)大量電動(dòng)汽車在同一時(shí)段集中充電時(shí),電網(wǎng)負(fù)荷驟增。據(jù)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院預(yù)計(jì),到 2030 年全國電動(dòng)汽車充換電的理論最大負(fù)荷或達(dá) 25 億千瓦,與我國全社會(huì)最大用電負(fù)荷基本相當(dāng)。如此大規(guī)模的充電需求,會(huì)使電網(wǎng)發(fā)電功率難以迅速響應(yīng),導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降。
電網(wǎng)頻率下降會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。一方面,可能影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率密切相關(guān),頻率下降會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低,可能使發(fā)電機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域,甚至引發(fā)發(fā)電機(jī)跳閘等故障。另一方面,可能影響電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置通常依據(jù)電網(wǎng)頻率、電壓等參數(shù)動(dòng)作,頻率下降可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作,干擾電網(wǎng)正常運(yùn)行。
3.3.2 功率平衡挑戰(zhàn)
電動(dòng)汽車充電的不確定性給電網(wǎng)功率平衡帶來巨大挑戰(zhàn)。電動(dòng)汽車充電行為具有隨機(jī)性與不確定性,用戶可能在任意時(shí)間、地點(diǎn)充電,且充電時(shí)長不確定。這種不確定性使電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測更為困難,難以精準(zhǔn)安排發(fā)電與輸電計(jì)劃。
例如,在某些時(shí)段,大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電,可能導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷瞬間增大,打破功率平衡。而在其他時(shí)段,電動(dòng)汽車充電需求較少,又可能導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)電功率過剩。為維持電網(wǎng)功率平衡,電網(wǎng)運(yùn)營商需采取一系列措施。一方面,可通過調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化。當(dāng)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷增加時(shí),提高發(fā)電機(jī)輸出功率;當(dāng)充電負(fù)荷減少時(shí),降低發(fā)電機(jī)輸出功率。另一方面,可采用需求側(cè)管理措施,引導(dǎo)用戶合理安排充電時(shí)間,避免在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段充電。例如,通過價(jià)格機(jī)制,鼓勵(lì)用戶在低谷時(shí)段充電,減輕電網(wǎng)壓力。
此外,還可利用儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車充電帶來的功率平衡挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能設(shè)備可在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段充電,在負(fù)荷高峰時(shí)段放電,起到削峰填谷的作用,維持電網(wǎng)功率平衡。例如,南方電網(wǎng)深圳供電局的虛擬電廠管理中心,已接入 1.8 萬支充電樁。充電樁等電力負(fù)荷側(cè)資源經(jīng)技術(shù)和算法聚合控制后,相當(dāng)于一個(gè)云端電廠,可隨時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行調(diào)峰,同時(shí)滿足深圳海量電動(dòng)汽車的充電需求。
四、電動(dòng)汽車充電有序控制策略
4.1 協(xié)調(diào)充電時(shí)間策略
協(xié)調(diào)充電時(shí)間是一種有效的電動(dòng)汽車充電有序控制策略,通過政策引導(dǎo)與智能軟硬件支持,可協(xié)調(diào)不同類型電動(dòng)汽車的充電時(shí)段,避免充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合,改善配電網(wǎng)負(fù)荷特性。
4.1.1 政策引導(dǎo)與用戶響應(yīng)
政策引導(dǎo)在協(xié)調(diào)充電時(shí)間策略中起著關(guān)鍵作用。政府可制定一系列政策,鼓勵(lì)電動(dòng)汽車用戶避開充電高峰期。例如,依據(jù)不同時(shí)段電價(jià)劃分原則,實(shí)施峰谷電價(jià)政策,在用電低谷時(shí)段給予較低電價(jià),引導(dǎo)用戶在此時(shí)段充電。據(jù)統(tǒng)計(jì),實(shí)行峰谷電價(jià)后,部分地區(qū)低谷電價(jià)可降至高峰時(shí)段的一半甚至更低,對(duì)用戶具有較大吸引力。
此外,政府還可通過宣傳教育等方式,提高用戶對(duì)充電時(shí)間協(xié)調(diào)的認(rèn)識(shí)與響應(yīng)度。例如,利用媒體、網(wǎng)絡(luò)等渠道,向用戶普及電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響以及協(xié)調(diào)充電時(shí)間的重要性,鼓勵(lì)用戶積極配合政策引導(dǎo),合理安排充電時(shí)間。
4.1.2 不同類型車輛調(diào)控
對(duì)于私家車和公交車等不同類型電動(dòng)汽車,可采用不同的充電時(shí)段調(diào)控模式。
對(duì)于私家車,因其充電行為相對(duì)靈活,可通過政策引導(dǎo)與智能軟硬件支持,鼓勵(lì)用戶在每日上午(充電低峰)進(jìn)行快速充電,或在每日 15:00 之前利用公用充電設(shè)施慢充,確保在下午充電高峰到來前完成充電。例如,一些城市推出智能充電 APP,用戶可通過 APP 查看附近充電樁使用情況與電價(jià)信息,選擇合適的充電時(shí)段與地點(diǎn)。
對(duì)于公交車,由于其行駛里程與運(yùn)營時(shí)間相對(duì)固定,可依據(jù)其運(yùn)行規(guī)律采用不同調(diào)控模式加以引導(dǎo)。例如,可在公交車非運(yùn)營時(shí)間集中充電,或在白天利用公交場站充電樁進(jìn)行分散充電。同時(shí),政府與公交公司可通過智能調(diào)度系統(tǒng),合理安排公交車充電時(shí)間與地點(diǎn),避免與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合。
總之,協(xié)調(diào)充電時(shí)間策略是一種有效的電動(dòng)汽車充電有序控制策略,通過政策引導(dǎo)與智能軟硬件支持,可協(xié)調(diào)不同類型電動(dòng)汽車充電時(shí)段,避免充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰重合,改善配電網(wǎng)負(fù)荷特性,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
4.2 智能充電策略
智能充電策略在電動(dòng)汽車充電有序控制中占據(jù)重要地位,能夠有效解決充電時(shí)間、地點(diǎn)不確定給電網(wǎng)調(diào)度帶來的問題,充分發(fā)揮電網(wǎng)集中調(diào)度優(yōu)勢。
4.2.1 集中式充電控制
集中式充電控制旨在減小充電負(fù)荷峰谷差,避免配電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中,可通過建立集中式充電設(shè)施,對(duì)大量電動(dòng)汽車進(jìn)行統(tǒng)一管理與調(diào)度。例如,在一些大型停車場或充電站,安裝多個(gè)大功率充電樁,并配備先進(jìn)的充電管理系統(tǒng)。
集中式充電控制可依據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)負(fù)荷情況,動(dòng)態(tài)調(diào)整充電功率與時(shí)間。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí),提高充電功率,加快電動(dòng)汽車充電速度;當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較高時(shí),降低充電功率,甚至?xí)和3潆?,減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,采用集中式充電控制策略,可有效降低電網(wǎng)峰谷差,提升電網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性。
此外,集中式充電控制可結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù),進(jìn)一步優(yōu)化充電過程。儲(chǔ)能設(shè)備可在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段充電,在負(fù)荷高峰時(shí)段放電,為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù),實(shí)現(xiàn)削峰填谷效果。例如,一些集中式充電站配備大型儲(chǔ)能電池,能存儲(chǔ)大量電能,在需要時(shí)為電動(dòng)汽車充電,有效緩解電網(wǎng)壓力。
4.2.2 分布式充電控制
分布式充電控制是指管理者借助通信技術(shù)動(dòng)態(tài)檢測電動(dòng)汽車充電時(shí)間、初始狀態(tài)、充電功率等,并將動(dòng)態(tài)更新信息與優(yōu)化過程相結(jié)合,為電動(dòng)汽車用戶提供個(gè)性化充電方案。
分布式充電控制可根據(jù)每輛電動(dòng)汽車具體情況,制定個(gè)性化充電計(jì)劃。例如,對(duì)于電池容量較大、剩余電量較多的電動(dòng)汽車,可適當(dāng)延遲充電時(shí)間,避免在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段充電;對(duì)于急需充電的電動(dòng)汽車,可優(yōu)先安排充電,同時(shí)調(diào)整充電功率,減少對(duì)電網(wǎng)影響。
通過分布式充電控制,用戶可更靈活地選擇充電時(shí)間與地點(diǎn),提高充電便利性與效率。同時(shí),電網(wǎng)也能更好地管理充電負(fù)荷,降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。例如,一些智能充電樁可通過手機(jī) APP 與用戶交互,用戶可隨時(shí)查看充電樁使用情況與電價(jià)信息,選擇最合適的充電方案。
總之,智能充電策略中的集中式和分布式充電控制策略各有優(yōu)勢,可相互補(bǔ)充,共同為電動(dòng)汽車充電有序控制提供有力支持。通過合理應(yīng)用這些策略,可有效減輕電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
五、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)助力有序充電開展
5.1 概述
AcrelCloud - 9000 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)自行車充電站及各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控,實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài),開展充電服務(wù)、支付管理、交易結(jié)算、資產(chǎn)管理、電能管理、明細(xì)查詢等工作。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入 / 輸出過壓、欠壓、絕緣低等各類故障進(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),用戶可通過微信、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)、事業(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)。
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(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)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。
5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
5.4.1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、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。
5.4.2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。
5.4.3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。
5.4.4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。
5.4.5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。
5.4.6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。
5.4.7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
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
類型 | 型號(hào) | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái) | AcrelCloud-9000 | 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號(hào)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(jì)、智能運(yùn)營管理的市場需求,提供電動(dòng)汽車充電軟件解決方案,可以隨時(shí)隨地享受便捷安全的充電服務(wù),微信掃一掃、微信公眾號(hào)、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(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、安全、合理的電量補(bǔ)給,能計(jì)時(shí),計(jì)電度、計(jì)金額作為市民購電終端,同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)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(hù)等級(jí)IP65,具備防雷 保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計(jì)量、遠(yuǎn)程升級(jí),支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方:4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡,掃碼、免費(fèi)充電可選配顯示屏 |
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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(hù)等級(jí)IP54,具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn) 程升級(jí),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(fèi)充電 |
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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(hù)等級(jí)IP54,具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí),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(fèi)充電 |
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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(hù)等級(jí)IP54,具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí),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(fèi)充電 |
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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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10A-TYHN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持投幣、刷卡,掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持投幣、刷卡,免費(fèi)充電 ACX10A-YHW:防護(hù)等級(jí)IP65,支持刷卡,掃碼,免費(fèi)充電 ACX10A-YHN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持刷卡,掃碼,免費(fèi)充電 ACX10A-YW:防護(hù)等級(jí)IP65,支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW:防護(hù)等級(jí)IP65,僅支持免費(fèi)充電 |
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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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別,報(bào)警上報(bào)。 ACX2A-YHN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持掃碼充電 ACX2A-YN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持刷卡充電 |
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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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別,報(bào)警上報(bào)。 ACX20A-YHN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持刷卡,掃碼,免費(fèi)充電 ACX20A-YN:防護(hù)等級(jí)IP21,支持刷卡,免費(fèi)充電 |
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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(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10B-YHW:戶外使用,落地式安裝,包含1臺(tái)主機(jī)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(tái)主機(jī)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 |
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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(fù)極對(duì)地絕緣電阻,當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí),發(fā)出預(yù)警或報(bào)警信號(hào)。 | |
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(fù)極對(duì)地絕緣電阻,當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí),發(fā)出預(yù)警或報(bào)警信號(hào)。 | |
智能邊緣計(jì)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(kuò)展模塊,485擴(kuò)展模塊。 | |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)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(jí) 支持Modbus和645協(xié)議 證書:MID/CE認(rèn)證 |
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導(dǎo)軌式電能計(jì)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(jì),總正反向無功電能統(tǒng)計(jì);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(jí),無功電能精度2級(jí) 證書:MID/CE認(rèn)證 |
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無線計(jì)量儀表 | ADW300 |
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,有功電能計(jì)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(jí)(改造項(xiàng)目) 證書:CPA/CE認(rèn)證 |
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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(jì)量,復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì),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(jí),1路485通訊,1路直流電能計(jì)量AC/DC85-265V供電 證書:MID/CE認(rèn)證 |
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面板直流電表 | PZ72L-DE |
直流電壓、電流、功率測量,正反向電能計(jì)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(jí) 證書:CE認(rèn)證 |
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電氣防火限流式保護(hù)器 | ASCP200-63D | 導(dǎo)軌式安裝,可實(shí)現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、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(hù)、測量以及計(jì)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(hào)的隔離轉(zhuǎn)換,通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號(hào)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(shí)間快,電流測量范圍寬精度高,過載能力強(qiáng),線性好,抗干擾能力強(qiáng)。 | |
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(dòng)作保護(hù)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(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。 |
六、結(jié)論與展望
在電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展的當(dāng)下,其充電活動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)的作用愈發(fā)突顯。本研究深度剖析了電動(dòng)汽車充電給配電網(wǎng)負(fù)荷、電壓以及穩(wěn)定性帶來的種種影響,并針對(duì)性地?cái)M定了有序控制策略。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),電動(dòng)汽車于高峰期間充電有致使局部配電網(wǎng)負(fù)荷超荷的可能,其充電負(fù)荷的隨機(jī)與不確定特質(zhì),極大地加劇了電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測及調(diào)度工作的復(fù)雜性。并且,充電時(shí)的電壓起伏不但會(huì)干擾電動(dòng)汽車自身的充電成效,還會(huì)殃及其他用電設(shè)備。再者,大量電動(dòng)汽車同步充電可能造成電網(wǎng)頻率下滑,給電網(wǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)帶來沖擊,而充電行為的不確定性也使得電網(wǎng)功率平衡面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。
針對(duì)上述難題,本研究提出的有序控制策略成效顯著。協(xié)調(diào)充電時(shí)間策略借助政策導(dǎo)向與用戶配合,以及對(duì)不同類型車輛充電時(shí)段的調(diào)節(jié),能夠有效規(guī)避充電高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰的重疊,優(yōu)化配電網(wǎng)的負(fù)荷分布狀況。智能充電策略里的集中式充電控制可縮減充電負(fù)荷的峰谷差值,融合儲(chǔ)能技術(shù)后能進(jìn)一步改良充電流程;分布式充電控制則能夠?yàn)橛脩舳ㄖ苽€(gè)性化充電方案,在提升充電便捷性與效率的同時(shí),降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
總體而言,本研究為妥善處理電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響貢獻(xiàn)了切實(shí)可行的方案,對(duì)于保障配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)作以及推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性進(jìn)步有著極為關(guān)鍵的價(jià)值。展望未來,隨著技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)以及電動(dòng)汽車數(shù)量的進(jìn)一步增長,仍需不斷深化對(duì)電動(dòng)汽車與配電網(wǎng)交互影響的認(rèn)知,持續(xù)完善有序控制策略,積極探索諸如車網(wǎng)互動(dòng)等新興技術(shù)的應(yīng)用,從而達(dá)成電動(dòng)汽車與配電網(wǎng)的和諧共生、協(xié)同發(fā)展,為構(gòu)建綠色、高效、智能的能源體系筑牢根基。
參考文獻(xiàn):
[1]劉磊.電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的影響及有序控制策略探究[J]
[2]胡澤春, 宋永華, 徐智威等.“電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的影響與利用”[J]
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版
審核編輯 黃宇
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