淺談居民小區電動汽車有序充電策略研究

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

 摘 要：針對電動汽車在居民小區無序充電對電網係統產(chan) 生嚴(yan) 重隱患及充電間時過長問題，提出一種采用延遲充電的電動汽車有序充電控製策略，並在分析國內(nei) 外電動汽車有序充電的研究現狀後，設計了居民小區電動汽車有序充電策略的總體(ti) 框架。該策略采用延遲充電對電動汽車進行有序充電控製，通過計算電動汽車的充電優(you) 先級來確定用戶開始充電的時間以保證離開時電動汽車的荷電狀態，很大程度達到用戶期望荷電狀態。通過算例仿真分析，證明提出的延遲充電策略可在滿足用戶對電動汽車充電量期望的同時達到削峰填穀的作用。 

關(guan) 鍵詞：電動汽車；有序充電；延遲充電；削峰填穀；儲(chu) 能 

0引言 

隨著世界經濟的快速發展和人類對能源需求的不斷增長，能源被大量消耗，產(chan) 生大量的環境汙染。機動車輛已經成為(wei) 生產(chan) 生活中的一部分，使用燃油車無疑會(hui) 增加 CO2的排放。雖然新能源發電被越來越多地引入電網，如光伏發電，風力發電等。但由於(yu) 二者的功率輸出是隨機波動的，會(hui) 對電力係統造成影響，產(chan) 生電能質量問題。因此，減少燃油車的使用，從(cong) 燃油動力汽車轉向電動汽車（Electric Vehicle，EV）是解決(jue) 汽車造成的環境汙染的有效手段。當前電網係統的有序充電對智能電網的發展起著越來越大的作用。隨著EV的大規模使用，有序充電對電網及分布式能源的重要性日益增強，需要解決(jue) EV充電問題。目前針對EV充電的研究內(nei) 容主要涉及充電負荷預測、V2G、EV參與(yu) 輔助服務、配電網規劃、充電站規劃等,也有一些學者對EV充電分層分區調度策略進行了研究。居民小區具有用車規律性強、可控性強、方便調研等優(you) 勢，因此將居民小區作為(wei) 研究對象，針對EV在居民小區充電過程中隨機停放且無序充電對電網係統產(chan) 生的嚴(yan) 重隱患及充電間時過長的問題，提出一種采用延遲充電的EV有序充電控製策略。 

1 EV有序充電策略

1.1 EV有序充電控製架構 

EV充電將成為(wei) 居民區電力需求的重要組成部分，需要從(cong) 配電網規劃原則和負荷分布的影響等方麵展開研究。結合概率收費模型和電力消費數據，在標準中定義(yi) 的不同充電功率下，隨機模擬不受控製、限製和價(jia) 格優(you) 化的 EV充電產(chan) 生的影響。將大量EV推遲至用電穀時段進行充電以減小EV充電對小區變壓器的衝(chong) 擊，並且考慮到分時電價(jia) 可減少用戶充電費用，提高經濟性，保證EV與(yu) 電網的協調互動發展。EV有序充電控製架構如圖1所示。

圖1 EV有序充電控製框架

1.2延遲充電的充電變量定義(yi)  

EV返回後駐車時長的計算方法為(wei) TS = tout - tback，（1）式中：TS為(wei) 用戶駐車時長，h；tout為(wei) 用戶外出時刻；tback為(wei) 用戶返回時刻。EV結束充電時刻tover的表達式為(wei) tover = tstart + Tcha，（2）式中：tstart為(wei) 充電開始時刻；Tcha為(wei) 充電時長，h。設t時刻共有m輛EV進行充電，則EV充電總 功率Pt，EV和功率Pa.t的表達式為(wei) Pt，EV =∑PEV，（3）式中：PEV為(wei) EV荷電功率。Pa.t = Pmax - Pload - Pt，EV，（4）式中：Pmax為(wei) 功率限值，kW；Pload為(wei) 除EV充電之外的日常負荷，kW。EVi進行有序充電的優(you) 先級計算方法為(wei) γ = 1 - TS - Tcha 24 - Tout ，（5）式中：γ為(wei) EV充電優(you) 先級。

在設計EV的充電優(you) 先級時，設置當γ=1時的優(you) 先級高，EV優(you) 先進行充電；γ=0 時的優(you) 先級較低，EV後進行充電。為(wei) 了讓EV在車主離開小區時處於(yu) 滿電狀態，需要設置車主的優(you) 先級γ=1，確保EV電池狀態達到滿電狀態。 

1.3有序充電策略具體(ti) 執行方式  

EV有序充電設計重要的部分是對延遲充電條件的設置，通過對滿足條件的EV延遲充電且不影響用戶的期望充電量為(wei) 基礎，完成對居民小區EV有序充電的控製。當用戶把 EV連接到充電樁時，可通過充電樁的人機交互界麵對EV的期望荷電狀態、用戶預計離開時刻進行設定。充電樁通過充電控製係統獲得EV的電池信息，並將EV的充電負荷信息上傳(chuan) 至有序充電控製器，有序充電控製器獲得各個(ge) EV的充電負荷信息後對EV的充電進行控製，其實施流程如圖2所示，具體(ti) 如下。 

圖2采用延遲充電的EV有序充電流程

（1）在t時刻將已經充電完成的EV從(cong) 計算充電序列中剔除。

（2）檢測有無EV接入，若有則判斷是否符合延遲充電條件，若無EV接入則轉入步驟

（3）延遲充電條件：EV離開時刻在穀時段開始之後，且用戶返回時刻到遲充電完成時刻的時長大於(yu) EV充電所需時間。若上述延遲充電條件均滿足則EV進入有序充電控製器的充電等待序列中，否則立即對EV充電以保證充電結束時的電池電量較大程度接近用戶期待荷電。

（4）有序充電控製中台采集t時刻該小區實時負荷信息，尋找充電等待序列優(you) 先級EV。 

（5）若EV充電優(you) 先級 γ=1，則有序充電控製器對充電樁下達命令使其對EV進行充電，若充電優(you) 先級γ≠1，則采用當日製定的功率限製值計算t時刻功率裕度判斷功率裕度是否大於(yu) EV充電功率。

（6）若功率裕度大於(yu) EV充電功率則對EV進行充電，記錄開始時間，計算結束時間，並更新功率裕度，繼續尋找本時刻高優(you) 先級的EV，判斷是否可以進行充電，直到充電優(you) 先級γ≠1 且功率裕度小EV充電功率（判定優(you) 先級γ=1的邏輯為(wei) ：當EV在t時刻到遲完成充電時刻等於(yu) 充電所需時長時開始充電、當停留時長等於(yu) 充電時長時開始充電。其他充電優(you) 先γ≠1的車輛均根據功率裕度判斷是否進行充電）。

（7）判斷 t時刻是否晚於(yu) 穀時段開始時刻，是則結束循環，控製結束，否則重新執行步驟

為(wei) 更加直觀地展現上述過程，通過問卷收集了15條居民小區EV充電數據，見表1。

表1 居民小區EV充電數據

車輛編號開始充電時間充電時長/h充滿電後停留時長/h

A14:0010

B14:0040

C14:00121

D14:0010

E16:0010

F16:0050

G17:00216

H18:00510

I18:0053

J21:0028

K22:0055

L22:0038

M24:0030

N24:0042

假設該小區的峰穀時段為(wei) 21：00至次日08：00。在不考慮功率限製、僅(jin) 滿足優(you) 先級但不具體(ti) 根據優(you) 先級進行有序充電的情況下，對上述控製邏輯進行簡單的模擬，結果如圖3所示，並與(yu) 即充即走的無序充電模式進行對比。圖3中藍色為(wei) EV充電時間，紅色為(wei) EV可以進行充電的時間。由圖 3 可見：C，G， H，I，J，K，L 號 EV 均可在峰穀時進行充電。但由於(yu) 沒有有序充電策略的幫助，導致原本可以延遲充電的EV在到達小區時就立即開始充電，導致用電高峰時有大量EV接入電網進行充電，給小區的變壓器帶來很大的負擔，甚至會(hui) 產(chan) 生安全隱患。

  圖3即充即走的無序充電模式

如果采用有序充電策略，如圖4所示，21：00前用電高峰階段進行充電的EV數量明顯減少，從(cong) 9輛減少為(wei) 5輛。同時，21：00後用電峰穀時段的充電EV由3輛增加至7輛，顯著降低了用電高峰期的變壓器負荷，同時利用夜晚用電穀時段進行充電，達到了削峰填穀的目的。

安科瑞充電樁收費運營雲(yun) 平台

1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的電動電動自行車充電站以及各個(ge) 充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，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，雲(yun) 閃付掃碼充電。

.2應用場所

適用於(yu) 民用建築、一般工業(ye) 建築、居住小區、實業(ye) 單位、商業(ye) 綜合體(ti) 、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3 係統結構

3.1係統分為(wei) 四層：

1）即數據采集層、網絡傳(chuan) 輸層、數據中間層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為(wei) 標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用於(yu) 采集充電回路的電力參數，並進行電能計量和保護。

3）網絡傳(chuan) 輸層：通過4G網絡將數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器。

4）數據中間層：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、曆史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：係統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平台。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平台功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為(wei) 運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

安科瑞充電樁雲(yun) 平台係統功能

1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、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(ge) 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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

2.實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

3交易管理

平台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，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4故障管理

設備自動上報故障信息，平台管理人員可通過平台查看故障信息並進行派發處理，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後將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5統計分析

通過係統平台，從(cong) 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基礎數據管理

在係統平台建立運營商戶，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(jia) 格策略、折扣、優(you) 惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

7運維APP

麵向運維人員使用，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。

8充電小程序

麵向充電用戶使用，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。

係統硬件配置

作者簡介簡婷，女，韦德1946网址，從(cong) 事電氣相關(guan) 物聯網係統研發工作。