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淺聊大規(guī)模電動汽車有序充電控制方法研究

瀏覽次數(shù):64更新時間: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)境保護意識的增強和能源轉(zhuǎn)型的推進,電動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)模電動汽車的無序充電可能給電網(wǎng)帶來諸多挑戰(zhàn),如負荷波動、電壓不穩(wěn)定等。本文對大規(guī)模電動汽車有序充電控制方法進行了深入研究,分析了不同控制策略的特點和優(yōu)勢,旨在為實現(xiàn)電動汽車與電網(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的背景下,電動汽車以其低噪音等優(yōu)點成為了未來交通的重要發(fā)展方向。近年來,電動汽車的市場保有量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。然而,大規(guī)模電動汽車的充電行為如果不加控制,可能會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。一方面,大規(guī)模電動汽車在同一時間充電可能導致電網(wǎng)負荷急劇增加,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,降低電能質(zhì)量。因此,研究大規(guī)模電動汽車有序充電控制方法具有重要的現(xiàn)實意義。
二、大規(guī)模電動汽車充電對電網(wǎng)的影響
2.1負荷波動
大規(guī)模電動汽車的充電功率較大,當大量電動汽車同時充電時,會給電網(wǎng)帶來巨大的負荷沖擊。這種負荷波動可能導致電網(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
電動汽車的充電行為會改變電網(wǎng)的潮流分布,可能引起局部電壓下降或升高。如果電壓波動超出了允許范圍,將會影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和用戶的用電質(zhì)量。
2.3諧波污染
電動汽車充電設備通常采用電力電子裝置,這些裝置在工作過程中會產(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)模電動汽車有序充電控制方法
3.1基于時間的控制方法

3.1.1分時電價引導
分時電價是一種根據(jù)不同時間段的電力供需情況制定不同電價的政策。通過制定合理的分時電價,可以引導電動汽車用戶在電網(wǎng)負荷低谷時段充電,避開負荷高峰時段,從而實現(xiàn)削峰填谷的目的。例如,在夜間電網(wǎng)負荷較低時,電價較低,鼓勵電動汽車用戶在此時充電;而在白天電網(wǎng)負荷高峰時段,電價較高,抑制用戶充電需求。

3.1.2預約充電
預約充電是指電動汽車用戶提前向電網(wǎng)或充電運營商預約充電時間和充電功率。電網(wǎng)或充電運營商根據(jù)用戶的預約信息,合理安排充電資源,實現(xiàn)有序充電。預約充電可以有效地避免電動汽車在高峰時段集中充電,減少對電網(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)的電動汽車充電設施進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制。通過對區(qū)域內(nèi)的充電負荷進行預測和優(yōu)化分配,可以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)充電負荷的均衡分布,降低對電網(wǎng)的影響。例如,可以根據(jù)不同區(qū)域的電網(wǎng)容量和負荷情況,合理分配電動汽車的充電地點,避免某些區(qū)域充電負荷過重。

3.2.2充電站智能調(diào)度
充電站智能調(diào)度是指通過對充電站的充電設備進行智能化管理和調(diào)度,實現(xiàn)電動汽車的有序充電。例如,可以根據(jù)電網(wǎng)的實時負荷情況和電動汽車的充電需求,動態(tài)調(diào)整充電功率和充電時間,提高充電效率,同時降低對電網(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化原理的優(yōu)化算法。在大規(guī)模電動汽車有序充電控制中,可以將充電負荷分配問題轉(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、收斂速度快等優(yōu)點,可以有效地解決復雜的優(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)模電動汽車有序充電控制中,可以利用粒子群優(yōu)化算法對充電功率和充電時間進行優(yōu)化,實現(xiàn)有序充電。

四、不同控制方法的比較與分析
4.1基于時間的控制方法
優(yōu)點:實施簡單,成本較低,可以通過價格信號引導用戶的充電行為,具有較好的靈活性和可操作性。
缺點:對用戶的充電習慣依賴較大,部分用戶可能不愿意根據(jù)分時電價調(diào)整充電時間;預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:可以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)充電負荷的均衡分布,降低對電網(wǎng)的局部影響;充電站智能調(diào)度可以提高充電效率,減少用戶等待時間。
缺點:需要對充電設施進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制,實施難度較大;區(qū)域協(xié)調(diào)充電可能需要建設新的充電設施,增加投資成本。
4.3基于智能算法的控制方法
優(yōu)點:可以根據(jù)不同的優(yōu)化目標和約束條件,自動生成的充電策略,具有較高的智能化水平和優(yōu)化效果。
缺點:算法的計算復雜度較高,需要較大的計算資源;對數(shù)據(jù)的準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、安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)助力有序充電開展

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(jié)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(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。

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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù),并進行電能計量和保護。

(3)網(wǎng)絡傳輸層:通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

(4)數(shù)據(jù)層:包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器,應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站,數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

(5)應客戶端層: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(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)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。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1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(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁,查看設備使用率,合理分配資源。

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5.4.2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。

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5.4.3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(jié)、注銷等操作,可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

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5.4.4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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

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5.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)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(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

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5.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)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(jié)和解綁。

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5.4.7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(shù)設置,同時可接收故障推送

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5.4.8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。

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5.5硬件配置

 

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六、總結(jié)

大規(guī)模電動汽車的有序充電是實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。本文對大規(guī)模電動汽車有序充電控制方法進行了研究,分析了基于時間、空間和智能算法的不同控制策略的特點和優(yōu)勢。不同的控制方法各有優(yōu)缺點,在實際應用中應根據(jù)具體情況選擇合適的控制策略。未來,大規(guī)模電動汽車有序充電控制將朝著多策略融合、與智能電網(wǎng)深度融合以及大數(shù)據(jù)與人工智能應用的方向發(fā)展。通過不斷探索和創(chuàng)新,相信可以實現(xiàn)大規(guī)模電動汽車的有序充電,為推動能源轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護做出貢獻。

參考文獻:

[1]劉立成.大規(guī)模電動汽車有序充電控制方法研究

[2]唐葆君,王翔宇,王彬,等.中國新能源汽車行業(yè)發(fā)展水平分析及展望

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者介紹:

張繼冬

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