安科瑞 陳聰

摘要：在能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，其對(duì)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重制約。在此背景下，電動(dòng)汽車(chē)憑借其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)應(yīng)運(yùn)而生。然而，當(dāng)前我國(guó)眾多新能源電動(dòng)汽車(chē)普遍采用無(wú)序充電方式，在用電高峰時(shí)段借助配電網(wǎng)充電時(shí)，會(huì)顯著增大配電網(wǎng)總負(fù)荷的峰谷差值。若缺乏對(duì)車(chē)輛充電行為的有效引導(dǎo)與管控，極易致使局域變壓器超負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。鑒于此，深入開(kāi)展基于大數(shù)據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)研究顯得尤為必要且緊迫。本文聚焦于此，旨在探索構(gòu)建更為科學(xué)、高效的有序充電系統(tǒng)，以助力解決電動(dòng)汽車(chē)充電與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的難題。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；大數(shù)據(jù)；多目標(biāo)優(yōu)化；有序充電系統(tǒng)

一、引言

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的不斷發(fā)展以及電動(dòng)汽車(chē)保有量的快速增長(zhǎng)，如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電行為與電網(wǎng)運(yùn)行的和諧共生成為了亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)有序充電控制，本質(zhì)上是依據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行形態(tài)，通常將實(shí)現(xiàn)*大化傳輸電動(dòng)汽車(chē)電能為導(dǎo)向，在滿足全部用戶(hù)充電需求的基礎(chǔ)上，保障小區(qū)配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。在此過(guò)程中，安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)作為重要的支撐工具，為有序充電系統(tǒng)的高效運(yùn)營(yíng)提供了諸多關(guān)鍵功能和優(yōu)勢(shì)。

二、背景

（一）現(xiàn)實(shí)困境與研究必要性

在當(dāng)今社會(huì)，盡管科技進(jìn)步與時(shí)代發(fā)展帶來(lái)了諸多便利，但能源安全、環(huán)境污染等問(wèn)題依然突出，成為了制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在過(guò)去幾十年間經(jīng)歷了迅猛發(fā)展，汽車(chē)作為人們?nèi)粘３鲂械年P(guān)鍵交通工具，其保有量的持續(xù)攀升在為人們生活帶來(lái)便捷的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)石油總銷(xiāo)量高達(dá)5.43億噸，其中凈進(jìn)口量達(dá)3.28億噸，對(duì)外依存度突破60%，且預(yù)計(jì)到2022年，汽車(chē)消耗石油量在我國(guó)石油總消耗量中的占比將進(jìn)一步提高至57%。這一系列數(shù)據(jù)表明，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)面臨著因汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng)以及原油對(duì)外依存度過(guò)高所引發(fā)的能源供應(yīng)緊張問(wèn)題，能源形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻。

與此同時(shí)，新能源電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但無(wú)序充電現(xiàn)象卻十分普遍。在用電高峰時(shí)段，大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序接入配電網(wǎng)充電，會(huì)致使配電網(wǎng)總負(fù)荷峰谷差值急劇增大。若不能對(duì)車(chē)輛充電行為進(jìn)行有效規(guī)范和引導(dǎo)，局域變壓器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)將大大增加，這無(wú)疑會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重破壞。例如，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)滲透率達(dá)到20%時(shí)，其在配電站充電過(guò)程中便會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)*高的負(fù)荷壓力。因此，深入探究新能源電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)后的有序充電措施，對(duì)于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（二）國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析

有序充電作為一種科學(xué)的充電管理方式，旨在在滿足用戶(hù)車(chē)輛充電需求的前提下，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)或技術(shù)手段合理控制車(chē)輛充電時(shí)間和功率，以此縮小配電網(wǎng)的峰谷差值，使負(fù)荷曲線趨于平穩(wěn)，為電網(wǎng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行筑牢基礎(chǔ)。與之相對(duì)的無(wú)序充電，則呈現(xiàn)出隨機(jī)接入、隨時(shí)充電的特點(diǎn)，雖然能讓用戶(hù)根據(jù)自身時(shí)間靈活安排充電，不受外界過(guò)多因素干擾，但卻給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

在電動(dòng)汽車(chē)充電控制方式方面，主要分為直接充電負(fù)荷控制與間接充電負(fù)荷控制兩種。直接充電負(fù)荷控制是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)基本負(fù)荷量以及新能源電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，對(duì)充電樁的中斷與啟動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，以此直接干預(yù)充電行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)。間接充電負(fù)荷控制則側(cè)重于依靠充電站經(jīng)營(yíng)者制定分時(shí)充電價(jià)格策略，引導(dǎo)用戶(hù)依據(jù)自身車(chē)輛充電需求以及分時(shí)電價(jià)情況，自主合理地安排充電時(shí)間。經(jīng)營(yíng)者借助電價(jià)制度這一經(jīng)濟(jì)杠桿，激勵(lì)用戶(hù)主動(dòng)轉(zhuǎn)變充電行為，以響應(yīng)有序充電要求，通常采用擬定附加費(fèi)用、峰谷電價(jià)等具體方法來(lái)引導(dǎo)和調(diào)整用戶(hù)的充電決策。

值得一提的是，新能源電動(dòng)汽車(chē)不僅具備從電網(wǎng)吸收電能的功能，在特定條件下還能夠向電網(wǎng)傳輸電能，實(shí)現(xiàn)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，這為有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的思路和可能性。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，電動(dòng)汽車(chē)可通過(guò)合理的控制策略存儲(chǔ)多余電能；而在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，又能將存儲(chǔ)的電能反饋給電網(wǎng)，輔助電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，提高能源利用效率。然而，要實(shí)現(xiàn)這一理想狀態(tài)，需要構(gòu)建一套更為完善、基于大數(shù)據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)，充分挖掘和整合各類(lèi)信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電行為的準(zhǔn)確調(diào)控。在此過(guò)程中，安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)憑借其功能特性，正逐漸成為有序充電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理的得力助手。

三、有序充電系統(tǒng)的構(gòu)建與優(yōu)化

（一）有序充電系統(tǒng)的構(gòu)建

有序充電系統(tǒng)的構(gòu)建需要考慮多個(gè)因素，包括電動(dòng)汽車(chē)的充電需求、電網(wǎng)負(fù)荷情況、充電設(shè)施的類(lèi)型和數(shù)量等。基于大數(shù)據(jù)的多目標(biāo)優(yōu)化方法可以為有序充電系統(tǒng)的構(gòu)建提供有力的支持。通過(guò)收集和分析大量的電動(dòng)汽車(chē)充電數(shù)據(jù)和電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建出更加準(zhǔn)確的有序充電模型。同時(shí)，還可以考慮多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，如*大化能源利用效率等，以實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的有序充電策略。

在構(gòu)建有序充電系統(tǒng)時(shí)，可以與安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。通過(guò)該平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能，可以實(shí)時(shí)獲取充電樁的運(yùn)行狀態(tài)和充電數(shù)據(jù)。同時(shí)，該平臺(tái)還可以提供充電策略的制定和優(yōu)化功能，幫助實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的有序充電系統(tǒng)。

（二）有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化

在有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程中，需要考慮多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)和約束條件。其中，優(yōu)化目標(biāo)可以包括最小化用戶(hù)充電成本等。約束條件可以包括電動(dòng)汽車(chē)的充電需求、電網(wǎng)負(fù)荷限制、充電設(shè)施的類(lèi)型和數(shù)量等。

基于大數(shù)據(jù)的多目標(biāo)優(yōu)化方法可以在滿足約束條件的前提下，尋找*優(yōu)的有序充電策略。通過(guò)不斷調(diào)整和優(yōu)化充電策略，可以實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的有序充電系統(tǒng)。同時(shí)，可以與安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和策略調(diào)整，確保有序充電系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)。

四、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

4.1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(chē)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(xún)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(lèi)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(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2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)。

4.3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(hù)端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車(chē)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(hù)端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶(hù)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(hù)提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對(duì)其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶(hù)每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4.4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(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

4.4.5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(xún)充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶(hù)，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(hù)充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7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(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)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

4.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

五、結(jié)論與展望

本研究針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電行為對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，提出了基于大數(shù)據(jù)的多目標(biāo)優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)有序充電系統(tǒng)方案，并結(jié)合安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)進(jìn)行了深入探討。通過(guò)收集和分析大量的電動(dòng)汽車(chē)充電數(shù)據(jù)和電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，構(gòu)建出更加準(zhǔn)確的有序充電模型，并考慮多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，實(shí)現(xiàn)了更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的有序充電策略。

未來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的不斷增加和充電技術(shù)的不斷發(fā)展，有序充電系統(tǒng)將成為電動(dòng)汽車(chē)充電領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。我們將繼續(xù)深入研究有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化方法和應(yīng)用實(shí)踐，并結(jié)合安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)等技術(shù)平臺(tái)，為電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有力的支持。同時(shí)，我們也將積極探索與其他領(lǐng)域的合作機(jī)會(huì)，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，共同構(gòu)建更加綠色、低碳、可持續(xù)的未來(lái)。

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