淺談充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)結(jié)合的優(yōu)異性分析及策略探索

江蘇安科瑞電能服務(wù)股份有限公司 江蘇江陰 214400

摘要：隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和優(yōu)化成為推動(dòng)新能源汽車普及的關(guān)鍵。本文首先概述了我國(guó)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，特別是基礎(chǔ)充電設(shè)施分布不均衡和電網(wǎng)供需矛盾加劇的問(wèn)題。隨后，深入探討了充電樁有序充電技術(shù)與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)相結(jié)合的性和實(shí)施策略，并以安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)為例，展示了其在實(shí)現(xiàn)有序充電和需求側(cè)響應(yīng)中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)智能有序充電技術(shù)和需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，可以有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高可再生能源的消納率，同時(shí)減少電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的沖擊。本文分析了兩者結(jié)合的潛在優(yōu)勢(shì)，并提出了相應(yīng)的政策建議和技術(shù)路徑，旨在推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的有序建設(shè)和發(fā)展，確保電動(dòng)汽車充電的便捷性和高效性，進(jìn)一步促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；有序充電；配電網(wǎng)；需求側(cè)響應(yīng)；

1.引言

電動(dòng)汽車作為綠色出行的重要選擇，其普及程度日益提高，預(yù)計(jì)到2025年需要建設(shè)和發(fā)展超過(guò)2000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車的充電基礎(chǔ)設(shè)施。然而，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是基礎(chǔ)充電設(shè)施分布不均衡和電網(wǎng)供需矛盾加劇的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的便捷性和用戶的充電體驗(yàn)。因此，研究充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的結(jié)合，成為推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施有序建設(shè)和發(fā)展、促進(jìn)新能源汽車普及的重要途徑。本文以安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)為例，探討了該策略在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和效果。

2.電動(dòng)汽車充電設(shè)施現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

近年來(lái)，我國(guó)政府高度重視電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)，采取了多項(xiàng)政策措施，包括推廣智能有序充電技術(shù)和建設(shè)大量充電樁。2023 年 1 - 5 月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為 114.7 萬(wàn)臺(tái)，其中新增公共車樁比為 2.6：1，增速不及存量水平。截至 2022 年底，我國(guó)公共充電樁數(shù)量為 179.7 萬(wàn)座，較 2016 年增長(zhǎng) 165.6 萬(wàn)座，增幅高達(dá) 1174.47%。其中，直流充電樁及交流充電樁分別為 76.1 萬(wàn)座及 103.6 萬(wàn)座，占公共類充電樁數(shù)量的 42.35% 及 57.65%。此外，預(yù)測(cè)到 2023 年底，我國(guó)將新增 97.5 萬(wàn)臺(tái)公共充電樁，使其總數(shù)達(dá)到 277.2 萬(wàn)臺(tái)，同時(shí)隨車配建充電樁的新增量將達(dá)到 340.0 萬(wàn)臺(tái)，使其總數(shù)達(dá)到 681.2 萬(wàn)臺(tái)。然而，盡管充電樁數(shù)量快速增長(zhǎng)，但分布不均衡的問(wèn)題仍然突出。特別是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或城市邊緣地帶，充電樁數(shù)量嚴(yán)重不足，難以滿足電動(dòng)汽車的充電需求。此外，電動(dòng)汽車充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的沖擊也不容忽視，可能引發(fā)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)和供需失衡。隨著能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)和分布式能源的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和管理面臨著新的挑戰(zhàn)。提高配電網(wǎng)的供電能力以滿足用戶用電需求，同時(shí)降低系統(tǒng)的峰谷差和負(fù)荷波動(dòng)，緩解供電壓力，已成為我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃的當(dāng)務(wù)之急。

3.充電樁有序充電技術(shù)概述

（一）定義

充電樁有序充電技術(shù)是一種通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車充電過(guò)程進(jìn)行合理控制和調(diào)度的技術(shù)。它基于電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、用戶需求、充電設(shè)施的特性等多方面因素，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷在時(shí)間和功率上的優(yōu)化分配，避免大量電動(dòng)汽車同時(shí)充電對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，如電壓波動(dòng)、過(guò)載等問(wèn)題。

（二）目標(biāo)

電網(wǎng)側(cè)目標(biāo)：降低配電網(wǎng)的峰谷差，平抑負(fù)荷波動(dòng)，提高電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)合理安排充電時(shí)間和功率，減少電網(wǎng)在高峰時(shí)段的供電壓力，同時(shí)充分利用低谷時(shí)段的剩余容量。

用戶側(cè)目標(biāo)：滿足用戶的充電需求，在不影響用戶正常使用電動(dòng)汽車的前提下，盡可能為用戶提供經(jīng)濟(jì)、便捷的充電服務(wù)。例如，根據(jù)用戶的出行計(jì)劃和電池狀態(tài)，介紹合適的充電時(shí)間和充電功率，避免長(zhǎng)時(shí)間等待充電。

4.配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制分析

配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)是指通過(guò)調(diào)整用戶用電行為，促進(jìn)電網(wǎng)供需平衡的一種機(jī)制。通過(guò)實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)，可以引導(dǎo)用戶在電網(wǎng)高峰時(shí)段減少用電，在低谷時(shí)段增加用電，從而有效緩解電網(wǎng)供需矛盾，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。在這個(gè)背景下，引入需求側(cè)響應(yīng)策略顯得尤為重要。需求側(cè)響應(yīng)主要是通過(guò)激勵(lì)用戶調(diào)整用電行為，以實(shí)現(xiàn)移峰填谷，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（一）電網(wǎng)側(cè)目標(biāo)

削峰填谷：減少配電網(wǎng)高峰時(shí)段的用電負(fù)荷，降低電網(wǎng)的峰值功率需求，同時(shí)增加低谷時(shí)段的用電負(fù)荷，使負(fù)荷曲線更加平坦。這有助于緩解電網(wǎng)在高峰時(shí)段的供電壓力，減少對(duì)發(fā)電和輸電設(shè)備的擴(kuò)容需求，降低電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。

提高供電可靠性：通過(guò)合理調(diào)整用戶負(fù)荷，降低電網(wǎng)過(guò)載、電壓波動(dòng)等故障風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)配電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況（如設(shè)備故障、自然災(zāi)害等）的能力，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。

促進(jìn)可再生能源消納：隨著分布式可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能）在配電網(wǎng)中的比例不斷增加，其間歇性和波動(dòng)性給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制可以引導(dǎo)用戶在可再生能源發(fā)電高峰時(shí)段增加用電，提高可再生能源的利用率，促進(jìn)其在配電網(wǎng)中的有效消納。

（二）用戶側(cè)目標(biāo)

降低用電成本：用戶通過(guò)響應(yīng)價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)措施，合理調(diào)整用電行為，選擇在電價(jià)較低的時(shí)段用電或獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，從而降低自身的用電費(fèi)用。

提高用電舒適度和靈活性：在滿足基本用電需求的前提下，用戶可以根據(jù)自身情況和激勵(lì)機(jī)制，靈活安排用電設(shè)備的使用時(shí)間，提高用電的自主性和舒適度。例如，用戶可以將一些非緊急的用電任務(wù)（如洗衣機(jī)洗衣服、電動(dòng)汽車充電等）安排在低谷電價(jià)時(shí)段或在收到激勵(lì)信號(hào)時(shí)進(jìn)行。

5.充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)結(jié)合的優(yōu)異性

（一）優(yōu)化充電設(shè)施利用效率

充電樁有序充電可以根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況和用戶需求，合理安排電動(dòng)汽車的充電時(shí)間和功率。當(dāng)與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)結(jié)合時(shí)，可以進(jìn)一步優(yōu)化充電設(shè)施的利用效率。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，通過(guò)價(jià)格激勵(lì)或控制策略引導(dǎo)電動(dòng)汽車充電，避免在高峰時(shí)段集中充電，從而提高充電樁的利用率，減少閑置情況。

（二）緩解配電網(wǎng)壓力

電動(dòng)汽車大規(guī)模無(wú)序充電可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成較大沖擊，如電壓波動(dòng)、過(guò)載等問(wèn)題。有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)結(jié)合能夠有效緩解這種壓力。通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，配電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)調(diào)整充電樁的充電功率，使其與電網(wǎng)的供電能力相匹配，保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）促進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型

這種結(jié)合有利于充分利用可再生能源。例如，當(dāng)配電網(wǎng)中有大量光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電時(shí)，可以通過(guò)有序充電策略引導(dǎo)電動(dòng)汽車在可再生能源發(fā)電高峰時(shí)段充電，增加可再生能源的消納，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，從而推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。

（四）提升用戶充電體驗(yàn)

通過(guò)有序充電和需求側(cè)響應(yīng)的結(jié)合，可以為用戶提供更便捷、快速的充電服務(wù)。例如，根據(jù)用戶的充電需求和電網(wǎng)情況，為用戶介紹充電時(shí)間和地點(diǎn)，避免用戶在充電時(shí)長(zhǎng)時(shí)間等待或找不到可用充電樁的情況，提高用戶滿意度。

6.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

6.1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(guò)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(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

6.2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)。

6.3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(guò)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(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)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。

6.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

6.4.1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。

6.4.2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(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

6.4.3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。

6.4.4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(guò)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(guò)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(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

6.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)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。

6.4.6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。

6.4.7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

6.4.8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。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7.結(jié)論與展望

充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的結(jié)合是推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施有序建設(shè)和發(fā)展、促進(jìn)新能源汽車普及的重要途徑。通過(guò)實(shí)施該策略，可以有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高可再生能源的消納率，減少電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)引導(dǎo)用戶調(diào)整用電行為，促進(jìn)電網(wǎng)供需平衡。安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)作為實(shí)現(xiàn)這一策略的重要工具，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著成效。未來(lái)，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)該策略在更廣泛的范圍內(nèi)應(yīng)用和推廣。同時(shí)，加強(qiáng)充電設(shè)施與電網(wǎng)的協(xié)同規(guī)劃和建設(shè)，提高充電設(shè)施的智能化管理水平，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳啟元，張強(qiáng)，歐淵，等.充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)結(jié)合的優(yōu)異性分析

[2]李海斌.基于需求響應(yīng)的電動(dòng)汽車有序充電策略研究[J],2021.

[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