微电网环境下电动汽车的有序充电优化策略
2025-01-08 13:30:14 来源：acrel2024
摘要：随着电动汽车保有量的迅速增长以及微电网技术的不断发展，电动汽车与微电网的互动日益密切。本文深入研究了基于微电网的电动汽车有序充电优化策略，分析了微电网和电动汽车充电的特点及相互影响，提出了多种优化目标和相应的有序充电策略，并详细探讨了安科瑞充电桩收费运营云平台在助力有序充电开展方面的作用。通过理论分析和实际案例验证，旨在实现微电网的稳定有效运行和电动汽车充电的合理化、经济化，为解决电动汽车充电对微电网的影响提供有效方案。
关键词：微电网；电动汽车；有序充电；优化策略；安科瑞充电桩收费运营云平台
一、引言
在全球能源转型和可持续发展的大背景下，电动汽车作为一种清洁、有效的交通工具得到了广泛推广。然而，大量电动汽车的无序充电行为给电力系统，尤其是微电网带来了诸多挑战，如负荷峰谷差变大、电能质量下降、电网运行效率降低等。因此，如何在满足电动汽车充电需求的同时，实现基于微电网的电动汽车有序充电，成为当前电力领域的研究热点和重要课题。
二、微电网与电动汽车充电概述
2.1微电网的结构与特点
微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，它既可以与大电网并网运行，也能在电网故障等特殊情况下孤岛运行。其具有灵活性高、对本地能源利用充分、可靠性强等特点，能够有效整合可再生能源，如太阳能、风能等，实现能源的分布式供应和优化配置，为用户提供更加稳定和清洁的电力。
2.2电动汽车充电方式及对微电网的影响
电动汽车充电方式主要包括常规充电、快速充电等。常规充电功率相对较小，充电时间较长，一般适用于家庭充电和夜间充电场景；快速充电功率较大，能够在短时间内为电动汽车补充大量电量，但对电网的冲击也较大。大量电动汽车集中在用电高峰时段充电，会导致微电网负荷急剧增加，加大电网峰谷差，可能引起电压波动、谐波污染等电能质量问题；而在低谷时段若充电资源利用不足，则会造成能源浪费。此外，电动汽车充电负荷的随机性和不确定性也给微电网的运行控制带来了困难。
三、基于微电网的电动汽车有序充电优化目标
3.1削峰填谷
通过合理引导电动汽车充电时间，将充电负荷从电网高峰时段转移到低谷时段，降低微电网的峰谷差，提高电网设备的利用率，减少电网的扩容成本。这不仅有助于缓解电网在高峰时段的供电压力，还能充分利用低谷时段的剩余容量，实现能源的优化配置。
3.2提高电能质量
避免因大量电动汽车无序充电造成的电压波动、谐波等电能质量问题，保障微电网内其他用户的用电质量。通过有序充电策略，可以对电动汽车的充电功率和时间进行合理控制，减少充电过程中对电网的冲击，维持电网电压和频率的稳定，提高整个微电网的电能质量。
3.3降低用户充电成本
在满足用户充电需求的基础上，通过优化充电策略，让用户能够利用低谷电价等优惠政策，降低整体的充电费用支出。同时，有序充电还可以减少电网的损耗，降低电网的运营成本，从而在一定程度上也为用户带来间接的经济效益。
3.4提升微电网稳定性与可靠性
在保障电动汽车用户舒适度的前提下，通过准确的负荷预测和协调控制，确保微电网在不同运行场景下的稳定供电。研究还将探索如何通过有序充放电策略有效应对微电网中的不确定性和风险，如可再生能源的波动性、负荷需求的不确定性等。
3.5促进可再生能源消纳
微电网中通常集成了大量的可再生能源发电设备，如太阳能光伏发电和风力发电等。通过合理安排电动汽车的充电时间，使其与可再生能源的发电时段相匹配，可以有效提高可再生能源的消纳率，减少弃风、弃光现象，实现能源的可持续利用。
四、基于微电网的电动汽车有序充电优化策略
4.1基于电价激励的策略
通过制定分时电价、动态电价等机制，引导电动汽车用户主动选择在低谷时段充电。例如，设置夜间低谷电价明显低于白天高峰电价，鼓励用户避开高峰充电，以实现削峰填谷的效果。此外，还可以根据微电网的实时运行情况和可再生能源的发电情况，动态调整电价，使电价更加灵活地反映电网的供需关系，进一步激励用户参与有序充电。
4.2基于充电功率控制的策略
根据微电网的实时负荷情况，对电动汽车的充电功率进行智能调控。在电网负荷较高时，适当降低部分电动汽车的充电功率；在负荷低谷时，提高充电功率，确保充电过程既能满足车辆需求又不对电网造成过大冲击。这种策略可以通过在充电桩中安装智能控制器来实现，控制器根据电网的指令自动调整充电功率，实现对充电过程的精细化管理。
4.3基于预约充电的策略
搭建充电预约平台，让电动汽车用户提前预约充电时间和充电桩，平台根据微电网的负荷预测情况为用户分配合理的充电时段，提高充电的有序性和合理性。预约充电平台可以与用户的手机应用或车载系统相连接，方便用户随时随地进行预约和查询。同时，平台还可以根据用户的历史充电记录和出行习惯，为用户提供个性化的充电建议。
4.4基于智能算法的优化策略
利用机器学习、遗传算法、粒子群算法等智能算法，对电动汽车的充电行为进行优化调度。这些算法可以根据微电网的运行状态、电动汽车的充电需求、可再生能源的发电情况等多方面因素，实时计算出*优的充电策略，实现对电动汽车充电的智能化管理。例如，通过遗传算法可以在满足各种约束条件的前提下，寻找出使得充电成本低、电网负荷小的充电方案。
五、安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。
5.2应用场所
适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。
5.3系统结构
系统分为四层：
1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。
3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。
4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。
5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。
小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。
5.4.2实时监控
实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。
5.4.3交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。
5.4.4故障管理
设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。
5.4.5统计分析
通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
5.4.6基础数据管理
在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。
5.4.7运维APP
面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送
5.4.8充电小程序
面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
5.5系统硬件配置
六、结论
本文围绕基于微电网的电动汽车有序充电优化策略展开研究，提出了多种可行的优化策略，并详细阐述了安科瑞充电桩收费运营云平台在其中发挥的重要作用。通过实际案例也验证了这些策略和平台应用的有效性。然而，随着电动汽车技术和微电网的不断发展，未来还需要进一步深入研究如何更好地融合更多智能技术、完善平台功能以及应对更为复杂的充电场景，以实现更加有效、合理的电动汽车有序充电，促进微电网与电动汽车产业的协同可持续发展。例如，可以进一步研究如何将人工智能技术与智能算法相结合，提高充电策略的智能化水平；如何优化平台的用户体验，提高用户参与度；如何考虑电动汽车与微电网中其他分布式能源的协同优化等。同时，还需要加强政策支持和市场机制的建设，为电动汽车有序充电的推广和应用创造良好的环境。
参考文献：
[1]曹锦业,郝丽丽,钱智灵.南京工业大学电气工程与控制科学学院
[2]张文亮,武斌,李武峰,等.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版
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5.4.8充电小程序
5.5系统硬件配置
六、结论
