基于物聯(lián)網(wǎng)的有序充電管理系統(tǒng)：實現(xiàn)充電樁智能化管理

更新時間：2025-03-17

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摘要：近年來，隨著新能源汽車銷量的快速增長，充電樁數(shù)量也急劇增加，這給電網(wǎng)和變壓器帶來了較大的負荷壓力。與此同時，在新型電力系統(tǒng)背景下，以光伏為主的分布式發(fā)電占比不斷提升，新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性與充電需求的不確定性疊加，進一步加劇了電網(wǎng)運行的挑戰(zhàn)。本文提出了一種基于新型電力系統(tǒng)的有序充電管理解決方案，該方案通過優(yōu)化充電調(diào)度，能夠有效利用新能源發(fā)電，減少電網(wǎng)波動，幫助充電樁運營單位降低建設與運營成本，同時提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

1 有序充電管理系統(tǒng)建設的重要性

截至2024年6月底，全國新能源汽車保有量已達2472萬輛。根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2024年4月，全國充電基礎設施累計數(shù)量達到961.3萬臺。這些數(shù)據(jù)不僅彰顯了中國新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展，也標志著電動出行時代的加速到來。與此同時，截至2024年3月底，全國可再生能源裝機容量達到15.85億千瓦，約占全國總裝機容量的52.9%，新能源在電力系統(tǒng)中的占比持續(xù)提升。

然而，新能源發(fā)電受天氣影響波動較大，而新能源汽車充電需求也具有高度不確定性，兩者的疊加給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，通過系統(tǒng)化手段預測新能源發(fā)電能力和負荷需求，并基于預測結(jié)果對新能源發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電需求進行合理調(diào)控與引導，不僅可以提升新能源消納能力，還能增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時降低用戶的充電成本，實現(xiàn)多方共贏。

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖

2 有序充電系統(tǒng)建設

有序充電系統(tǒng)由預測算法、能量管理策略、有序充電策略和充電樁運營管理系統(tǒng)等構(gòu)成。預測算法包括光伏發(fā)電預測和負荷預測，是利用歷史數(shù)據(jù)對未來 24 小時至72小時的光伏發(fā)電和負荷需求進行預測，主要目的是為能量管理系統(tǒng)和有序充電策略提供未來時間的可用負荷容量和能量管理策略。通過對儲能裝置的充放電調(diào)控和引導充電需求，實現(xiàn)負荷的削峰填谷，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性，降低充電成本，通過以上算法和軟件構(gòu)成的一體化充電服務體系來提高運營競爭力。

圖2 有序充電管理系統(tǒng)功能模塊

嘉定是上海汽車產(chǎn)業(yè)聚集地，嘉定供電公司與國網(wǎng)電動汽車服務有限公司合作開展智慧充放電示范試點項目，應用有序充電技術，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動汽車與電網(wǎng)電力電量平衡，有效地提高電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行的有序性、可靠性、經(jīng)濟性，實現(xiàn)電動汽車、儲能、分布式電源等新型用能設備的數(shù)據(jù)感知、采集和控制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，有序運行。智慧有序充電建設通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導與主動調(diào)控，降低配變峰值負荷超過30%，將80%充電量優(yōu)化調(diào)整到了配變負荷低谷時段，使配變接納充電樁能力提高4倍，顯著提升配電網(wǎng)資源利用率，實現(xiàn)削峰填谷。

圖3 有序充電管理解決方案

3 安科瑞有序充電解決方案

3.1 預測算法

光伏發(fā)電功率預測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)、實時環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實時輸出功率數(shù)據(jù)、光伏組件運行狀態(tài)等信息，結(jié)合相關算法模型，實現(xiàn)短期功率預測（預測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）、超短期功率預測（預測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負荷預測根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)計劃、天氣等因素預測下一個周期的負荷需求，協(xié)助安排能源計劃和控制策略。

系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電預測和負荷預測數(shù)據(jù)計算充電可用容量，結(jié)合充電歷史特點對儲能進行充放電控制，或調(diào)整電動汽車充電功率、價格進行調(diào)控，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低充電成本。

圖4 光功率預測

3.2 能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調(diào)分配技術，基于在通用設計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖5 能量管理策略

3.3 有序充電

有序充電策略主要根據(jù)負荷允許容量變化來進行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權限優(yōu)先等策略，保障電網(wǎng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)實時監(jiān)測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結(jié)合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進行動態(tài)控制，包括：用戶權限識別、充電行為統(tǒng)計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價格等方式來引導用戶充電需求，培養(yǎng)用戶充電習慣，提高電網(wǎng)對充電的友好度和容納能力。

圖6 有序充電管理

3.4 充電運營管理

安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術的充電設施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖7 充電運營管理

4 充電樁設備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設計，單樁至大充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁至大電流250A，滿足用戶快速充電需求。

圖8 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁

除了分體式充電樁外，公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁，滿足各種場合的充電要求。

充電樁產(chǎn)品符合NB/T 11305.2-2023《電動汽車充放電雙向互動第2 部分:有序充電》要求，有序充電管理系統(tǒng)、有序充電設備、用戶交互功能、系統(tǒng)響應時間等均滿足有序充電的要求。