胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：在當今能源轉型的大背景下，光伏-直流智能充電樁憑借其有效、環(huán)保的特點(diǎn)，正逐漸成為未來(lái)充電基礎設施的重要發(fā)展方向。本文將深入探討光伏-直流智能充電樁的有序充電策略及其應用效果。然而，大量光伏出力和電動(dòng)汽車(chē)充電需求在時(shí)間上的不匹配，給電網(wǎng)穩定性帶來(lái)較大壓力。提出一種光伏直流智能充電樁的有序充電策略，在滿(mǎn)足充電需求的基礎上，減少外網(wǎng)供電，可有效提高光伏自消納能力和負荷滿(mǎn)足率。

關(guān)鍵詞：充電樁；有序充電策略；電動(dòng)汽車(chē)；S2V；直流系統

0引言

在雙碳目標的指引下，以風(fēng)光電為主的可再生能源將被廣泛使用，建筑屋頂光伏是其中的重要組成部分，到2025年，公共機構新建建筑屋頂光伏覆蓋率將達到50%，以建筑屋頂光伏系統為代表的分布式能源系統也會(huì )得到大量應用。然而，大規模分布式光伏接入電網(wǎng)可能會(huì )對電網(wǎng)的安全運行帶來(lái)不利影響，如何有效實(shí)現就地消納是亟待研究的問(wèn)題。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)蓬勃發(fā)展，預計2030年中國將保有約8000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，巨大的充電需求也會(huì )對區域電力系統造成巨大挑戰。據統計，私家電動(dòng)汽車(chē)約有90%以上的時(shí)間停放在建筑內或周邊停車(chē)場(chǎng)，其充電過(guò)程與建筑能源系統深度融合。因此，探究電動(dòng)汽車(chē)與建筑光伏的互動(dòng)方式，并挖掘其對建筑光伏的利用潛力，以有效消納可再生能源，對于降低碳排放有重要意義。

2009年，利用太陽(yáng)能為電動(dòng)汽車(chē)充電（S2V）的概念被提出后，利用停車(chē)場(chǎng)的光伏滿(mǎn)足合理范圍內的電動(dòng)汽車(chē)通勤電力需求的做法得到驗證，發(fā)表了S2V相關(guān)硬件、經(jīng)濟性和策略的研究成果。但目前電動(dòng)汽車(chē)的主要充電模式大多為恒功率充電，造成了大量瞬時(shí)尖峰負荷，給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的壓力。另外，光伏電力的波動(dòng)性、隨機性和間歇性等不穩定特征，與電力需求側的負荷存在較大的不匹配關(guān)系。實(shí)際S2V場(chǎng)景中往往需要從電網(wǎng)取電為電動(dòng)汽車(chē)充電，同時(shí)又有部分光伏無(wú)法消納。因此，設計一種新的有序充電策略，將電動(dòng)汽車(chē)充電需求與光伏發(fā)電特性相匹配，對于綠電消納十分重要。

1.光伏-直流智能充電樁的優(yōu)勢

1.1環(huán)保節能

利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電，減少對傳統化石能源的依賴(lài)，降低碳排放。與傳統交流充電樁相比，直流充電樁充電速度更快，能夠更有效地為電動(dòng)汽車(chē)提供能量。

1.2穩定可靠

光伏系統可以在白天為充電樁提供穩定的電力供應，減少電網(wǎng)波動(dòng)對充電過(guò)程的影響。同時(shí)，智能充電樁具備完善的保護功能，確保充電安全可靠。

1.3成本效益

雖然初期投資較高，但長(cháng)期來(lái)看，光伏-直流智能充電樁可以降低運營(yíng)成本。通過(guò)利用太陽(yáng)能，減少了電費支出，同時(shí)提高了充電設施的利用率。

2.有序充電策略

2.1智能調度

通過(guò)充電樁與電網(wǎng)的通信，實(shí)現智能調度。根據電網(wǎng)負荷情況、光伏發(fā)電量以及電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，合理安排充電時(shí)間和功率，避免高峰時(shí)段充電，減輕電網(wǎng)壓力。

例如，在電網(wǎng)負荷較低的時(shí)段，如夜間或凌晨，提高充電樁的輸出功率，加快充電速度；而在電網(wǎng)負荷高峰時(shí)段，降低充電功率或暫停充電，以平衡電網(wǎng)供需。

2.2功率控制

根據電動(dòng)汽車(chē)的電池狀態(tài)和充電需求，動(dòng)態(tài)調整充電功率。當電池電量較低時(shí)，采用較大功率充電，以縮短充電時(shí)間；當電池電量接近充滿(mǎn)時(shí)，降低充電功率，保護電池壽命。

此外，還可以通過(guò)智能控制算法，實(shí)現多輛電動(dòng)汽車(chē)的功率分配，確保每輛車(chē)都能在合理的時(shí)間內完成充電。

2.3光伏發(fā)電優(yōu)先利用

充分利用光伏系統的發(fā)電量，優(yōu)先為電動(dòng)汽車(chē)充電。當光伏發(fā)電量大于充電需求時(shí)，可以將多余的電量存儲起來(lái)或回饋電網(wǎng)；當光伏發(fā)電量不足時(shí)，再從電網(wǎng)獲取電力。

這樣不僅可以提高光伏系統的利用率，還能減少對電網(wǎng)的依賴(lài)，降低充電成本。

3.應用效果

3.1緩解電網(wǎng)壓力

通過(guò)有序充電策略，光伏-直流智能充電樁可以在一定程度上緩解電網(wǎng)壓力。避免高峰時(shí)段充電，減少了電網(wǎng)負荷峰值，提高了電網(wǎng)的穩定性和可靠性。

3.2提高充電效率

智能調度和功率控制策略可以根據電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際需求，合理安排充電時(shí)間和功率，提高充電效率。同時(shí)，直流充電樁的快速充電特性也縮短了用戶(hù)的充電時(shí)間，提升了用戶(hù)體驗。

3.3促進(jìn)可再生能源發(fā)展

光伏-直流智能充電樁的推廣應用，有助于促進(jìn)可再生能源的發(fā)展。增加了太陽(yáng)能等清潔能源在能源消費中的比重，為實(shí)現可持續發(fā)展目標做出貢獻。

3.4降低運營(yíng)成本

利用光伏發(fā)電和有序充電策略，可以降低充電樁的運營(yíng)成本。減少電費支出，提高經(jīng)濟效益，同時(shí)也為充電樁運營(yíng)商帶來(lái)更多的商業(yè)機會(huì )。

4安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺助力有序充電開(kāi)展

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監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(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)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(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

4.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

4.5系統硬件配置

5.未來(lái)展望

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的不斷發(fā)展和可再生能源技術(shù)的進(jìn)步，光伏-直流智能充電樁的應用前景廣闊。未來(lái)，我們可以期待以下發(fā)展趨勢：

（1）技術(shù)創(chuàng )新

不斷提升光伏系統的效率和穩定性，優(yōu)化充電樁的智能控制算法，提高充電速度和安全性。同時(shí)，探索新的儲能技術(shù)，實(shí)現光伏發(fā)電的有效存儲和利用。

（2）政策支持

政府部門(mén)應加大對光伏-直流智能充電樁的政策支持力度，包括補貼、稅收優(yōu)惠等，鼓勵企業(yè)和社會(huì )資本參與充電基礎設施建設。

（3）互聯(lián)互通

實(shí)現充電樁與電動(dòng)汽車(chē)、電網(wǎng)、能源管理系統等的互聯(lián)互通，形成智能化的能源生態(tài)系統。通過(guò)大數據分析和人工智能技術(shù)，優(yōu)化充電策略，提高能源利用效率。

總之，光伏-直流智能充電樁的有序充電策略具有重要的現實(shí)意義和應用價(jià)值。通過(guò)合理的規劃和管理，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)提供有效、便捷、環(huán)保的充電服務(wù)，同時(shí)也為能源轉型和可持續發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

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[2] 詹天津,謝玉榮國內分布式光伏發(fā)展形勢分析及思考

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