淺談電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測與智能有序充電策略研究

安科瑞 陳聰

摘要：隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，石油等資源的消耗日益增加，能源短缺和環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴(yán)峻。電動汽車作為一種清潔、有效的交通方式，受到了廣泛關(guān)注。中國政府為推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展，實(shí)施了一系列政策，使得電動汽車在中國的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。然而，大規(guī)模電動汽車的無序充電對電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。因此，對電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，并研究智能有序充電策略，對電網(wǎng)、用戶和電動汽車公司都具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電負(fù)荷預(yù)測；智能有序充電

1.引言

隨著全球能源和環(huán)境問題的日益突出，電動汽車作為一種清潔、有效的交通工具，正在逐步取代傳統(tǒng)的燃油車。中國政府為推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)施了一系列政策，包括購車補(bǔ)貼、充電設(shè)施建設(shè)等，使得電動汽車在中國的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。然而，電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用也帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是大規(guī)模電動汽車的無序充電對電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行構(gòu)成了巨大威脅。因此，對電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，并研究智能有序充電策略，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

2.電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測

電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測是制定有序充電策略的基礎(chǔ)。本文采用基于峰平谷電價動態(tài)修正目標(biāo)荷電狀態(tài)（SOC）的方法，對電動汽車充電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。首先，對影響充電負(fù)荷的主要因素進(jìn)行分析，包括起始充電時刻、起始SOC、日行駛里程等。然后，結(jié)合峰平谷電價的影響，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立充電負(fù)荷預(yù)測模型。該模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測不同時間段內(nèi)電動汽車的充電需求，為制定有序充電策略提供有力支持。

3.電動汽車充電模式分析

在用戶進(jìn)行充電時，會根據(jù)自己對充電的需求意愿和緊急程度，同時結(jié)合車輛類型，選擇適合自己的充電模式。目前，電動汽車充電技術(shù)經(jīng)過不斷發(fā)展，已有三種類型的充電方式技術(shù)相對成熟且應(yīng)用范圍較為廣泛，分別是常規(guī)充電模式、快速充電模式以及充電站更換電池模式。

（1）常規(guī)充電模式

常規(guī)充電方式也稱為慢速充電方式，一般采用日常220V交流電壓，具有小電流低功率的特點(diǎn)。由于充電時間較長，一般需要5-10小時，所以慢速充電樁一般安裝在居民小區(qū)、辦公場所等用戶停留時間較長的區(qū)域。常規(guī)充電在安裝以及成本等方面具有很大的優(yōu)勢，如不需要架設(shè)額外的供電線路、對配電網(wǎng)和電池的沖擊較小、能夠延長電池的使用壽命等。因此，一般將慢充充電模式應(yīng)用在日行駛里程以及日行駛時長較短的私家車上。

（2）快速充電模式

快速充電具有充電電流大的特點(diǎn)，能夠在短時間內(nèi)對電池進(jìn)行電能補(bǔ)充。快速充電樁在對電動汽車進(jìn)行所需電能補(bǔ)充時，一般需要1-2小時可以補(bǔ)充電池容量的80%左右?？焖俪潆娔Ｊ骄哂谐潆姇r間短的明顯優(yōu)勢，因此一般在人口流動較大且擁有充電需求的場所采用快速充電，如大型商超、高速公路補(bǔ)給站等場景。然而，快速充電也會對電池和配電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，影響電池的使用壽命和電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。因此，在一些緊急情況下會采取快速充電模式進(jìn)行電量補(bǔ)充。

（3）充電站更換電池模式

換電池模式既能夠在短時間內(nèi)滿足電動汽車的電能需求，又不會對電網(wǎng)和電池造成巨大的沖擊。對于日行駛里程和時長都比較大且沒有合適的時段進(jìn)行電量補(bǔ)充的運(yùn)營類車輛，可以考慮采用換電池模式來滿足其正常的運(yùn)營需求。換電池模式經(jīng)過不斷的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，技術(shù)得到了較為成熟的發(fā)展，通常情況下只需要十分鐘左右就能完成電池的更換工作。然而，換電池模式也存在一些問題，如需要經(jīng)常拆卸電池對電動汽車的穩(wěn)定性和安全性要求較高、電池標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一限制其發(fā)展、換電站需要儲存大量電池投資成本和風(fēng)險較大等。因此，換電池模式的推廣應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

4.智能有序充電策略

智能有序充電策略是實(shí)現(xiàn)電動汽車有序充電的關(guān)鍵。本文提出的智能有序充電策略，基于充電負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷情況和用戶需求，動態(tài)調(diào)整充電功率和充電時間。具體策略包括：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段，鼓勵用戶進(jìn)行充電；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時段，限制或推遲充電行為。同時，結(jié)合峰平谷電價政策，引導(dǎo)用戶合理選擇充電時段，降低充電成本。此外，通過引入智能算法，對充電策略進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，提高充電效率和用戶滿意度。

5.安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺助力有序充電開展

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)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?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時監(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。同時對充電機(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。

5.2應(yīng)用場所

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)。

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(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)時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

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。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(shè)施智能化大屏、實(shí)時監(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，同時為運(yùn)維人員提供運(yùn)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(diǎn)分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時可查看每個站點(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。

5.4.2實(shí)時監(jiān)控

實(shí)時監(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。

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(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。

5.4.4故障管理

設(shè)備自動上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時運(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)場問題。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時間、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。

5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)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。

5.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)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，同時可接收故障推送

5.4.8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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6.結(jié)論

本文通過對電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測與智能有序充電策略的研究，為電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。未來，我們將繼續(xù)深化研究，探索更加精準(zhǔn)、高效的充電負(fù)荷預(yù)測方法和智能有序充電策略。同時，我們也將關(guān)注電動汽車充電技術(shù)的最新進(jìn)展和用戶需求的變化，為電動汽車充電的優(yōu)化和創(chuàng)新提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳星.電動汽車充電負(fù)荷預(yù)測及有序充電控制策略研究

[2]馬玲玲，楊軍，付聰?shù)?電動汽車充放電對電網(wǎng)影響綜述

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