安科瑞 陳聰

摘要：在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)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)，正逐漸成為未來充電基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用效果。然而，大量光伏出力和電動(dòng)汽車充電需求在時(shí)間上的不匹配，給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來較大壓力。提出一種光伏直流智能充電樁的有序充電策略，在滿足充電需求的基礎(chǔ)上，減少外網(wǎng)供電，可有效提高光伏自消納能力和負(fù)荷滿足率。

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

0引言

在雙碳目標(biāo)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(jī)構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率將達(dá)到50%，以建筑屋頂光伏系統(tǒng)為代表的分布式能源系統(tǒng)也會(huì)得到大量應(yīng)用。然而，大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng)可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來不利影響，如何有效實(shí)現(xiàn)就地消納是亟待研究的問題。同時(shí)，電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年中國(guó)將保有約8000萬輛電動(dòng)汽車，巨大的充電需求也會(huì)對(duì)區(qū)域電力系統(tǒng)造成巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，私家電動(dòng)汽車約有90%以上的時(shí)間停放在建筑內(nèi)或周邊停車場(chǎng)，其充電過程與建筑能源系統(tǒng)深度融合。因此，探究電動(dòng)汽車與建筑光伏的互動(dòng)方式，并挖掘其對(duì)建筑光伏的利用潛力，以有效消納可再生能源，對(duì)于降低碳排放有重要意義。

2009年，利用太陽(yáng)能為電動(dòng)汽車充電（S2V）的概念被提出后，利用停車場(chǎng)的光伏滿足合理范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車通勤電力需求的做法得到驗(yàn)證，發(fā)表了S2V相關(guān)硬件、經(jīng)濟(jì)性和策略的研究成果。但目前電動(dòng)汽車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(fù)荷，給電網(wǎng)帶來巨大的壓力。另外，光伏電力的波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性等不穩(wěn)定特征，與電力需求側(cè)的負(fù)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)汽車充電，同時(shí)又有部分光伏無法消納。因此，設(shè)計(jì)一種新的有序充電策略，將電動(dòng)汽車充電需求與光伏發(fā)電特性相匹配，對(duì)于綠電消納十分重要。

1.光伏-直流智能充電樁的優(yōu)勢(shì)

1.1環(huán)保節(jié)能

利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放。與傳統(tǒng)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)汽車提供能量。

1.2穩(wěn)定可靠

光伏系統(tǒng)可以在白天為充電樁提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，減少電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)充電過程的影響。同時(shí)，智能充電樁具備完善的保護(hù)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(zhǎng)期來看，光伏-直流智能充電樁可以降低運(yùn)營(yíng)成本。通過利用太陽(yáng)能，減少了電費(fèi)支出，同時(shí)提高了充電設(shè)施的利用率。

2.有序充電策略

2.1智能調(diào)度

通過充電樁與電網(wǎng)的通信，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況、光伏發(fā)電量以及電動(dòng)汽車的充電需求，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(fù)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(fù)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(jù)電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)和充電需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電功率。當(dāng)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(dāng)電池電量接近充滿時(shí)，降低充電功率，保護(hù)電池壽命。

此外，還可以通過智能控制算法，實(shí)現(xiàn)多輛電動(dòng)汽車的功率分配，確保每輛車都能在合理的時(shí)間內(nèi)完成充電。

2.3光伏發(fā)電優(yōu)先利用

充分利用光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，優(yōu)先為電動(dòng)汽車充電。當(dāng)光伏發(fā)電量大于充電需求時(shí)，可以將多余的電量存儲(chǔ)起來或回饋電網(wǎng)；當(dāng)光伏發(fā)電量不足時(shí)，再?gòu)碾娋W(wǎng)獲取電力。

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

3.應(yīng)用效果

3.1緩解電網(wǎng)壓力

通過有序充電策略，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(fù)荷峰值，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2提高充電效率

智能調(diào)度和功率控制策略可以根據(jù)電動(dòng)汽車的實(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的充電時(shí)間，提升了用戶體驗(yàn)。

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(yīng)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(fèi)中的比重，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

3.4降低運(yùn)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(yùn)營(yíng)成本。減少電費(fèi)支出，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為充電樁運(yùn)營(yíng)商帶來更多的商業(yè)機(jī)會(huì)。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)助力有序充電開展

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)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。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

4.3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(luò)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)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(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)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(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)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。

4.4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)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(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5.未來展望

隨著電動(dòng)汽車市場(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(yīng)用前景廣闊。未來，我們可以期待以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）技術(shù)創(chuàng)新

不斷提升光伏系統(tǒng)的效率和穩(wěn)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(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的有效存儲(chǔ)和利用。

（2）政策支持

政府部門應(yīng)加大對(duì)光伏-直流智能充電樁的政策支持力度，包括補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等，鼓勵(lì)企業(yè)和社會(huì)資本參與充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

（3）互聯(lián)互通

實(shí)現(xiàn)充電樁與電動(dòng)汽車、電網(wǎng)、能源管理系統(tǒng)等的互聯(lián)互通，形成智能化的能源生態(tài)系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)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(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。通過合理的規(guī)劃和管理，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為電動(dòng)汽車用戶提供有效、便捷、環(huán)保的充電服務(wù)，同時(shí)也為能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁屹峰.光伏直流智能充電樁有序充電策略與應(yīng)用效果

[2] 詹天津,謝玉榮國(guó)內(nèi)分布式光伏發(fā)展形勢(shì)分析及思考

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版