淺聊大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制方法研究

瀏覽次數(shù)：159更新時(shí)間：2024-11-04

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，電動(dòng)汽車作為一種綠色出行方式得到了廣泛的發(fā)展。然而，大規(guī)模電動(dòng)汽車的無序充電可能給電網(wǎng)帶來諸多挑戰(zhàn)，如負(fù)荷波動(dòng)、電壓不穩(wěn)定等。本文對(duì)大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制方法進(jìn)行了深入研究，分析了不同控制策略的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，旨在為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

一、引言

在全球氣候變化和能源危機(jī)的背景下，電動(dòng)汽車以其低噪音等優(yōu)點(diǎn)成為了未來交通的重要發(fā)展方向。近年來，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)保有量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。然而，大規(guī)模電動(dòng)汽車的充電行為如果不加控制，可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。一方面，大規(guī)模電動(dòng)汽車在同一時(shí)間充電可能導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷急劇增加，超出電網(wǎng)的承載能力；另一方面，無序充電可能引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，降低電能質(zhì)量。因此，研究大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、大規(guī)模電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響

2.1負(fù)荷波動(dòng)
大規(guī)模電動(dòng)汽車的充電功率較大，當(dāng)大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)帶來巨大的負(fù)荷沖擊。這種負(fù)荷波動(dòng)可能導(dǎo)致電網(wǎng)峰谷差增大，增加電網(wǎng)調(diào)峰的難度。

2.2電壓不穩(wěn)定
電動(dòng)汽車的充電行為會(huì)改變電網(wǎng)的潮流分布，可能引起局部電壓下降或升高。如果電壓波動(dòng)超出了允許范圍，將會(huì)影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的用電質(zhì)量。

2.3諧波污染
電動(dòng)汽車充電設(shè)備通常采用電力電子裝置，這些裝置在工作過程中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，注入電網(wǎng)后可能引起諧波污染，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

三、大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制方法

3.1基于時(shí)間的控制方法

3.1.1分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)
分時(shí)電價(jià)是一種根據(jù)不同時(shí)間段的電力供需情況制定不同電價(jià)的政策。通過制定合理的分時(shí)電價(jià)，可以引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段充電，避開負(fù)荷高峰時(shí)段，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的。例如，在夜間電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，電價(jià)較低，鼓勵(lì)電動(dòng)汽車用戶在此時(shí)充電；而在白天電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，電價(jià)較高，抑制用戶充電需求。

3.1.2預(yù)約充電
預(yù)約充電是指電動(dòng)汽車用戶提前向電網(wǎng)或充電運(yùn)營商預(yù)約充電時(shí)間和充電功率。電網(wǎng)或充電運(yùn)營商根據(jù)用戶的預(yù)約信息，合理安排充電資源，實(shí)現(xiàn)有序充電。預(yù)約充電可以有效地避免電動(dòng)汽車在高峰時(shí)段集中充電，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

3.2基于空間的控制方法

3.2.1區(qū)域協(xié)調(diào)充電
區(qū)域協(xié)調(diào)充電是將一定區(qū)域內(nèi)的電動(dòng)汽車充電設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制。通過對(duì)區(qū)域內(nèi)的充電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化分配，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)充電負(fù)荷的均衡分布，降低對(duì)電網(wǎng)的影響。例如，可以根據(jù)不同區(qū)域的電網(wǎng)容量和負(fù)荷情況，合理分配電動(dòng)汽車的充電地點(diǎn)，避免某些區(qū)域充電負(fù)荷過重。

3.2.2充電站智能調(diào)度
充電站智能調(diào)度是指通過對(duì)充電站的充電設(shè)備進(jìn)行智能化管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的有序充電。例如，可以根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷情況和電動(dòng)汽車的充電需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電功率和充電時(shí)間，提高充電效率，同時(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的影響。

3.3基于智能算法的控制方法

3.3.1遺傳算法
遺傳算法是一種基于生物進(jìn)化原理的優(yōu)化算法。在大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制中，可以將充電負(fù)荷分配問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題，利用遺傳算法求解的充電策略。遺傳算法具有全局搜索能力強(qiáng)、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地解決復(fù)雜的優(yōu)化問題。

3.3.2粒子群優(yōu)化算法
粒子群優(yōu)化算法是一種基于群體智能的優(yōu)化算法。通過模擬鳥群的覓食行為，粒子群優(yōu)化算法可以在搜索空間中快速找到解。在大規(guī)模電動(dòng)汽車有序充電控制中，可以利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)充電功率和充電時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)有序充電。

四、不同控制方法的比較與分析

4.1基于時(shí)間的控制方法
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)施簡(jiǎn)單，成本較低，可以通過價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)用戶的充電行為，具有較好的靈活性和可操作性。
缺點(diǎn)：對(duì)用戶的充電習(xí)慣依賴較大，部分用戶可能不愿意根據(jù)分時(shí)電價(jià)調(diào)整充電時(shí)間；預(yù)約充電需要用戶提前規(guī)劃，可能給用戶帶來不便。

4.2基于空間的控制方法
優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)充電負(fù)荷的均衡分布，降低對(duì)電網(wǎng)的局部影響；充電站智能調(diào)度可以提高充電效率，減少用戶等待時(shí)間。
缺點(diǎn)：需要對(duì)充電設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制，實(shí)施難度較大；區(qū)域協(xié)調(diào)充電可能需要建設(shè)新的充電設(shè)施，增加投資成本。

4.3基于智能算法的控制方法
優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，自動(dòng)生成的充電策略，具有較高的智能化水平和優(yōu)化效果。
缺點(diǎn)：算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，需要較大的計(jì)算資源；對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性要求較高，否則可能影響優(yōu)化結(jié)果的可靠性。

五、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)助力有序充電開展

5.1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(duì)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(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。

5.2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)。

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。