淺談充電樁有序充電與配電網需求側響應結合的優(yōu)異性分析及策略探索
江蘇安科瑞電能服務股份有限公司 江蘇江陰 214400
摘要：隨著電動汽車產業(yè)的快速發(fā)展和能源轉型的推進，充電基礎設施的建設和優(yōu)化成為推動新能源汽車普及的關鍵。本文首先概述了我國電動汽車充電設施的現狀與挑戰(zhàn)，特別是基礎充電設施分布不均衡和電網供需矛盾加劇的問題。隨后，深入探討了充電樁有序充電技術與配電網需求側響應相結合的優(yōu)性和實施策略，并以安科瑞充電樁收費運營云平臺為例，展示了其在實現有序充電和需求側響應中的實際應用。通過智能有序充電技術和需求側響應機制，可以有效平衡電網負荷，提高可再生能源的消納率，同時減少電動汽車充電對電網的沖擊。本文分析了兩者結合的潛在優(yōu)勢，并提出了相應的政策建議和技術路徑，旨在推動充電基礎設施的有序建設和發(fā)展，確保電動汽車充電的便捷性和高效性，進一步促進新能源汽車產業(yè)的良性發(fā)展。
關鍵詞：電動汽車；充電樁；有序充電；配電網；需求側響應；
1.引言
電動汽車作為綠色出行的重要選擇，其普及程度日益提高，預計到2025年需要建設和發(fā)展超過2000萬輛電動汽車的充電基礎設施。然而，充電基礎設施的建設和發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是基礎充電設施分布不均衡和電網供需矛盾加劇的問題，嚴重影響了電動汽車的便捷性和用戶的充電體驗。因此，研究充電樁有序充電與配電網需求側響應的結合，成為推動充電基礎設施有序建設和發(fā)展、促進新能源汽車普及的重要途徑。本文以安科瑞充電樁收費運營云平臺為例，探討了該策略在實際應用中的可行性和效果。
2.電動汽車充電設施現狀與挑戰(zhàn)
近年來，我國政府高度重視電動汽車充電設施的建設，采取了多項政策措施，包括推廣智能有序充電技術和建設大量充電樁。2023 年 1 - 5 月，全國充電基礎設施增量為 114.7 萬臺，其中新增公共車樁比為 2.6：1，增速不及存量水平。截至 2022 年底，我國公共充電樁數量為 179.7 萬座，較 2016 年增長 165.6 萬座，增幅高達 1174.47%。其中，直流充電樁及交流充電樁分別為 76.1 萬座及 103.6 萬座，占公共類充電樁數量的 42.35% 及 57.65%。此外，預測到 2023 年底，我國將新增 97.5 萬臺公共充電樁，使其總數達到 277.2 萬臺，同時隨車配建充電樁的新增量將達到 340.0 萬臺，使其總數達到 681.2 萬臺。然而，盡管充電樁數量快速增長，但分布不均衡的問題仍然突出。特別是在一些偏遠地區(qū)或城市邊緣地帶，充電樁數量嚴重不足，難以滿足電動汽車的充電需求。此外，電動汽車充電負荷對電網的沖擊也不容忽視，可能引發(fā)電網負荷波動和供需失衡。隨著能源轉型的推進和分布式能源的快速發(fā)展，配電網的運營和管理面臨著新的挑戰(zhàn)。提高配電網的供電能力以滿足用戶用電需求，同時降低系統的峰谷差和負荷波動，緩解供電壓力，已成為我國電網規(guī)劃的當務之急。
（一）定義
充電樁有序充電技術是一種通過對電動汽車充電過程進行合理控制和調度的技術。它基于電網的運行狀態(tài)、用戶需求、充電設施的特性等多方面因素，實現電動汽車充電負荷在時間和功率上的優(yōu)化分配，避免大量電動汽車同時充電對電網造成的沖擊，如電壓波動、過載等問題。
（二）目標
電網側目標：降低配電網的峰谷差，平抑負荷波動，提高電網的供電可靠性和電能質量，保障電網的安全穩(wěn)定運行。通過合理安排充電時間和功率，減少電網在高峰時段的供電壓力，同時充分利用低谷時段的剩余容量。
用戶側目標：滿足用戶的充電需求，在不影響用戶正常使用電動汽車的前提下，盡可能為用戶提供經濟、便捷的充電服務。例如，根據用戶的出行計劃和電池狀態(tài)，推薦合適的充電時間和充電功率，避免長時間等待充電。
配電網需求側響應是指通過調整用戶用電行為，促進電網供需平衡的一種機制。通過實施需求側響應，可以引導用戶在電網高峰時段減少用電，在低谷時段增加用電，從而有效緩解電網供需矛盾，提高電網運行效率和穩(wěn)定性。在這個背景下，引入需求側響應策略顯得尤為重要。需求側響應主要是通過激勵用戶調整用電行為，以實現移峰填谷，提高電力系統的運行效率。
（一）電網側目標
削峰填谷：減少配電網高峰時段的用電負荷，降低電網的峰值功率需求，同時增加低谷時段的用電負荷，使負荷曲線更加平坦。這有助于緩解電網在高峰時段的供電壓力，減少對發(fā)電和輸電設備的擴容需求，降低電網建設和運營成本。
提高供電可靠性：通過合理調整用戶負荷，降低電網過載、電壓波動等故障風險，增強配電網應對突發(fā)情況（如設備故障、自然災害等）的能力，提高供電可靠性和電能質量。
促進可再生能源消納：隨著分布式可再生能源（如太陽能、風能）在配電網中的比例不斷增加，其間歇性和波動性給電網運行帶來挑戰(zhàn)。需求側響應機制可以引導用戶在可再生能源發(fā)電高峰時段增加用電，提高可再生能源的利用率，促進其在配電網中的有效消納。
（二）用戶側目標
降低用電成本：用戶通過響應價格信號或激勵措施，合理調整用電行為，選擇在電價較低的時段用電或獲得相應的經濟補償，從而降低自身的用電費用。
提高用電舒適度和靈活性：在滿足基本用電需求的前提下，用戶可以根據自身情況和激勵機制，靈活安排用電設備的使用時間，提高用電的自主性和舒適度。例如，用戶可以將一些非緊急的用電任務（如洗衣機洗衣服、電動汽車充電等）安排在低谷電價時段或在收到激勵信號時進行。
5.充電樁有序充電與配電網需求側響應結合的優(yōu)異性
（一）優(yōu)化充電設施利用效率
充電樁有序充電可以根據電網負荷情況和用戶需求，合理安排電動汽車的充電時間和功率。當與配電網需求側響應結合時，可以進一步優(yōu)化充電設施的利用效率。例如，在電網負荷低谷時段，通過價格激勵或控制策略引導電動汽車充電，避免在高峰時段集中充電，從而提高充電樁的利用率，減少閑置情況。
（二）緩解配電網壓力
電動汽車大規(guī)模無序充電可能會對配電網造成較大沖擊，如電壓波動、過載等問題。有序充電與配電網需求側響應結合能夠有效緩解這種壓力。通過需求側響應機制，配電網可以實時調整充電樁的充電功率，使其與電網的供電能力相匹配，保障配電網的安全穩(wěn)定運行。
（三）促進能源綠色低碳轉型
這種結合有利于充分利用可再生能源。例如，當配電網中有大量光伏、風電等可再生能源發(fā)電時，可以通過有序充電策略引導電動汽車在可再生能源發(fā)電高峰時段充電，增加可再生能源的消納，減少對傳統化石能源的依賴，從而推動能源綠色低碳轉型。
（四）提升用戶充電體驗
通過有序充電和需求側響應的結合，可以為用戶提供更便捷、快速的充電服務。例如，根據用戶的充電需求和電網情況，為用戶推薦最佳充電時間和地點，避免用戶在充電時長時間等待或找不到可用充電樁的情況，提高用戶滿意度。
6.1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(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，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。
6.2應用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。
6.3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(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)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。
6.4安科瑞充電樁云平臺系統功能
6.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、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(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。
6.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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。
6.4.3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(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
6.4.4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(fā)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。
6.4.5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。
6.4.6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(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。
6.4.7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(huán)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
6.4.8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。
6.5系統硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，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、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯網版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及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臺主機及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 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在15~1500V的直流系統中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在10~1000V的直流系統中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
智能邊緣計算網關 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，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擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網通 | ||
導軌式單相電表 | 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 支持Modbus和645協議 證書：MID/CE認證 |
導軌式電能計量表 | 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計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規(guī)格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（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（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統計，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，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量: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 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、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。 |
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、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。 |
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作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。 |
7.結論與展望
充電樁有序充電與配電網需求側響應的結合是推動充電基礎設施有序建設和發(fā)展、促進新能源汽車普及的重要途徑。通過實施該策略，可以有效平衡電網負荷，提高可再生能源的消納率，減少電動汽車充電對電網的沖擊，同時引導用戶調整用電行為，促進電網供需平衡。安科瑞充電樁收費運營云平臺作為實現這一策略的重要工具，在實際應用中取得了顯著成效。未來，應繼續(xù)加強政策引導和技術研發(fā)，推動該策略在更廣泛的范圍內應用和推廣。同時，加強充電設施與電網的協同規(guī)劃和建設，提高充電設施的智能化管理水平，為新能源汽車產業(yè)的良性發(fā)展提供更加堅實的支撐。
參考文獻：
[1]陳啟元，張強，歐淵，等.充電樁有序充電與配電網需求側響應結合的優(yōu)異性分析
[2]李海斌.基于需求響應的電動汽車有序充電策略研究[J],2021.
[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版
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