安科瑞 陳聰

摘要：在當今能源短缺和環境污染的背景下，電動車輛由于其節能減排和環境保護等特性而蓬勃發展。近年來，各主要經濟體紛紛出臺政策，促進該類型汽車的研發、生產與銷售。

然而，當規模化的電動汽車接入時，電力系統的正常運行將受到顯著影響。一方面，當電動汽車的滲透率達到特定閾值后，充電資源與充電需求的時空分布之間的匹配矛盾會愈發突出，這將不可避免的降低電動汽車用戶的出行體驗并導致高峰時段的充電擁堵等問題。另一方面，在夜間高滲透率電動汽車場景下，完成充電后電動汽車離網動作的“一致性”會導端負荷低谷。在有限的時段內急劇減少的負荷將會迫使火電機組進入不經濟的深度峰值調節運行狀態。

關鍵詞：電動汽車；個性化充電導航；動態隊列間的互作用；深度調峰；需求響應

引言

能源是人類社會存在與發展的重要物質基礎，對能源利用水平的提高是推動人類文明的不斷前行的動力之一。從木柴到煤炭，再到石油和天然氣，伴隨著能源消耗總量的持續增長，人類主要利用的能源類型也在不斷發生著改變。當今世界能源消耗以化石能源為主，隨著經濟持續發展和人民生活水平的日益提高，能源需求還將繼續增長，據國際能源署統計，2018年，全球能源消耗折合為石油大約是142.8億噸。預計到本世紀中葉，全球能源消費還將在此基礎上增長近50%。

傳統化石能源在生產、運輸和消費的全過程中均會產生污染物質，不可避免的導致全球生態破壞和氣候變化。2010年4月，英國石油公司所屬“深水地平線”鉆井平臺發生的原油泄露事故，其中有近56萬噸原油未經任何處理流入大海，對周邊區域生態環境造成嚴重破壞。化石能源在使用過程中會產生的多種有害物質，對人們的身體健康造成持續傷害，并導致氣候變暖以及酸雨等嚴重的環境問題。在當前局勢下，發展清潔能源和能源替代技術是從技術層面解決現階段環境保護問題的重要途徑。

1電動汽車產業的發展現狀

電動汽車，即用自身存儲的電能作為動力來源，通過電機驅動行駛的汽車。隨著可充電的鉛酸電池技術的成熟，世界上首輛實用的電動汽車出現在1881年巴黎國際電力博覽會上。得益于簡單的結構和成本上的優勢，電動汽車在之后十幾年里發展迅速。到1900年，電動汽車的生產數量已占到美國當年汽車總產量的85%，歐洲的大小街道上行駛的出租汽車中，每14輛中就有13輛是以電能為動力的。進入20世紀后，伴隨著內燃機生產制造技術的進步，尤其是福特流水線生產方式和電力汽車起動機的發明，汽油機的使用成本迅速下降，電動汽車的發展陷入了停滯，*場*額被后者取代。

20世紀后期，情況有了轉機。首先，70年代的三次石油危機導致的嚴重能源短缺使得各主要國家工業產值顯著下降，這讓人們對電動汽車重新產生興趣。此外，80年代，大量消耗化石能源導致的環境惡化現象在世界范圍內逐漸凸顯，各國紛紛出臺了相關的環保法規政策來限制污染物的排放。在能源短缺與環境保護的雙重因素作用下，電動汽車產業終于迎來了曙光。

2.個性化快充導航及源荷協同有序充電策略研究意義

（1）解決高滲透率電動汽車接入下充電資源與需求時空分布不匹配問題，提升用戶出行體驗，緩解高峰時段充電擁堵。隨著電動汽車的普及，充電需求也在不斷增加。然而，目前充電設施的布局和數量還不能*全滿足需求，尤其是在高峰時段，充電資源與需求的時空分布不匹配問題更加突出，導致充電擁堵，給用戶帶來不便。個性化快充導航及源荷協同有序充電策略可以根據用戶的需求和充電設施的實時狀態，為用戶提供的充電方案，提高充電效率，緩解高峰時段充電擁堵，提升用戶出行體驗。

（2）避免夜間電動汽車離網動作“一致性”導致的負荷低谷，減輕火電機組深度調峰壓力，保障電力系統安全穩定運行。夜間，大量電動汽車同時充電，會導致電網負荷急劇增加，給電力系統帶來巨大壓力。而個性化快充導航及源荷協同有序充電策略可以引導用戶合理安排充電時間，避免夜間電動汽車離網動作“一致性”，從而減輕火電機組深度調峰壓力，保障電力系統安全穩定運行。

3.電動汽車接入對電力系統的影響

3.1電動汽車負荷特性

（1）電動汽車充電類型介紹不同類型的電動汽車充電方式及其特點。

目前，電動汽車主要有家用充電樁和公共充電樁兩種充電方式。

家用充電樁充電：購買新能源汽車后，很多人會安裝家用充電樁，隨時可以充電，較為方便。充電時，先在充電樁上設置好充電時間和停止時間，也可在手機APP中操作。將車輛熄火，關閉車內所有電源后，下車將充電樁電槍插入充電口，此時充電樁指示燈閃爍綠色或紅色。打開手機APP，選擇私樁管理，啟動充電，充電樁指示燈變為綠色常亮即開始充電。充完電后，先解鎖充電槍，再拔出放回充電樁，完成充電過程。

公共充電樁充電：對于無法安裝家用充電樁的人來說，公共充電樁是常用的充電方式。將車輛停放到充電樁停車位，熄火斷電下車。手機掃碼或刷卡支付電費后，充電樁解鎖，連接到車輛充電口即可。充電啟動后，觀察電流以及電壓是否正常，正常后可離開車輛。待電費用完或者電量充滿后，會自動斷電，先解鎖充電樁，再將槍頭取下放回充電樁上，蓋好充電蓋板，完成充電。

此外，新能源汽車還有換電站這種充電方式。一些汽車公司為了方便，建立了換電站，如北汽、蔚來等汽車公司都有自己的換電站，但目前只是專車專用，影響較大，只有找到相應品牌的換電站才能換電，且換電設備各方面配套要求高，成本也較高，推廣起來困難，很多車主還擔心換上的電池太舊。

（2）電動汽車的旅行鏈分析電動汽車的出行規律對充電需求的影響。

浙江迦辰新能源股份有限公司取得的*利“一種考慮車主出行規律的電動汽車充電需求時空分布的模擬與調度優化方法”表明，車主出行規律對電動汽車充電需求有重要影響。

電動汽車的出行規律不盡相同，如出行方式、用車習慣和性格個性等，所以用戶充電需求在時間和空間分布上具備一定隨機性。一般來說，充電需求在白天較高，特別是在早晚高峰時段，因為這是駕駛員主要的出行時間；而換電需求則可能更集中在夜間或者清晨，因為這些時間段更換電池的運輸成本較低。

（3）電動汽車充電需求分布探討電動汽車充電需求在時間和空間上的分布特征。

充電需求在空間上呈現出分布不均的特點。城市由于人口密集，充電需求也更為集中。而在城市邊緣或郊區，充電需求則相對較低。

4.如何減少電動汽車接入對電力系統的影響

4.1優化充電策略

通過個性化快充導航及源荷協同有序充電策略，可以引導電動汽車用戶合理安排充電時間和地點，避免充電負荷的集中出現。例如，可以在低谷時段鼓勵用戶充電，以減少對火電機組的壓力。同時，可以根據電網的負荷情況和火電機組的運行狀態，實時調整充電功率，以提高充電效率和電網的穩定性。

4.2加強電網建設

為了適應高滲透率電動汽車的接入，需要加強電網的建設和改造。可以增加電網的容量和靈活性，提高電網的接納能力和穩定性。例如，可以建設智能電網，實現電網的智能化管理和控制，提高電網的運行效率和可靠性。

4.3推廣可再生能源發電

可再生能源發電具有清潔、可再生的特點，可以減少對火電機組的依賴。可以通過推廣太陽能、風能等可再生能源發電，增加電網的清潔能源供應，降低火電機組的出力壓力。同時，可以利用電動汽車的儲能特性，實現可再生能源的消納和存儲，提高可再生能源的利用效率。

綜上所述，高滲透率電動汽車的接入對火電機組的運行產生了顯著影響。為了減輕這種影響，需要采取優化充電策略、加強電網建設和推廣可再生能源發電等措施，以實現電動汽車與火電機組的協調發展。

5.個性化快充導航策略系統構成

個性化快速充電導航系統主要由車輛、充電站和電網等部分組成。車輛作為充電需求的發起者，其性能和狀態直接影響充電需求。充電站是提供充電服務的關鍵設施，包括快充站和慢充站等不同類型。電網則為整個充電過程提供電力支持，確保充電設施能夠正常運行。

車輛具備電池管理系統，能夠實時監測電池狀態，如電量、溫度等，并與導航系統進行交互，為用戶提供充電建議。充電站包括充電設備、監控系統和計費系統等。充電設備負責為車輛充電，監控系統實時監測充電狀態，計費系統根據充電量和充電時間進行費用計算。電網通過變電站、輸電線路等設施將電力輸送到充電站，滿足車輛的充電需求。

6.源荷協同有序充電策略概述

在規模化電動汽車接入的背景下，源荷協同有序充電策略顯得尤為重要。該策略旨在通過協調電源側與負荷側的資源，實現電動汽車充電的有序化，提高充電效率，保障電力系統的安全穩定運行。

源荷協同有序充電策略的核心是充分考慮電源側的發電能力和負荷側的充電需求，通過合理的調度和控制，實現兩者的平衡。

7安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

7.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統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據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，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警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

7.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

7.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統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。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

7.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

7.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

7.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

7.4.3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、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

7.4.4故障管理

設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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

7.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

7.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

7.4.7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，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

7.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，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。

7.5系統硬件配置

總結

本文針對規模化電動汽車接入下的個性化快充導航及源荷協同有序充電策略進行了深入研究。

首先，在研究背景及意義方面，指出當前國內外能源利用面臨短缺和環境污染問題，電動汽車以其節能減排和環保特性蓬勃發展。接著，分析了電動汽車接入對電力系統的影響。從電動汽車負荷特性入手，介紹了不同類型的電動汽車充電方式及其特點，包括家用充電樁充電、公共充電樁充電和換電站充電。然后，闡述了個性化快充導航策略。介紹了基于動態排隊互作用的個性化快速充電導航系統的構成、基本假設和工作過程。隨后，論述了源荷協同有序充電策略。概述了源荷協同有序充電策略，包括源側資源的優化利用、荷側資源的協調管理和源荷協同的優化調度。

綜上所述，本文對規模化電動汽車接入下的個性化快充導航及源荷協同有序充電策略進行了研究，為解決電動汽車充電問題提供了理論依據和實踐指導。但在實際應用中，還需要進一步考慮技術成本、用戶接受度等因素，不斷優化和完善充電策略和技術實現。未來，可以進一步研究更加智能、的充電導航和有序充電策略，推動電動汽車產業的可持續發展。

參考文獻：

[1]季陳林.規模化電動汽車接入下的個性化快充導航及 源荷協同有序充電策略研究

[2]陳新琪，李鵬，胡文堂，等. 電動汽車充電站對電網諧波的影響分析

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版