淺談基于“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的電動汽車有序充電策略
江蘇安科瑞電能服務(wù)股份有限公司 江蘇江陰 214400
摘要： 隨著電動汽車的快速發(fā)展，充電需求的不斷增長給電網(wǎng)帶來了巨大壓力。本文提出了一種基于“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的電動汽車有序充電策略，通過整合車輛、道路、充電站和電網(wǎng)的信息，實現(xiàn)對電動汽車充電行為的優(yōu)化管理，以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和充電效率，同時降低用戶充電成本。
關(guān)鍵詞：電動汽車充電，有序充電策略，降低充電成本
1.引言
電動汽車作為一種環(huán)保、的交通工具，正逐漸成為未來交通的發(fā)展趨勢。然而，大規(guī)模電動汽車的無序充電可能導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷波動、電壓下降等問題，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為了解決這些問題，需要制定有效的電動汽車有序充電策略，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合是指將電動汽車、道路、充電站和電網(wǎng)的信息進(jìn)行整合和交互，以實現(xiàn)對電動汽車充電行為的監(jiān)控和優(yōu)化管理。通過這種信息耦合，可以充分利用各方的資源和優(yōu)勢，提高充電效率，降低充電成本，同時保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
2.“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的實現(xiàn)
（一）車輛信息
電動汽車可以通過車載通信設(shè)備向電網(wǎng)和充電站發(fā)送自身的電池狀態(tài)、行駛路線、充電需求等信息。這些信息可以幫助電網(wǎng)和充電站制定合理的充電計劃，提高充電效率。
道路信息
道路信息包括交通流量、路況等，可以通過交通監(jiān)控系統(tǒng)和車載導(dǎo)航設(shè)備獲取。這些信息可以幫助電動汽車選擇的行駛路線和充電站點，減少充電等待時間。
充電站信息
充電站可以向電網(wǎng)和電動汽車發(fā)送自身的位置、充電功率、空閑充電樁數(shù)量等信息。這些信息可以幫助電動汽車選擇合適的充電站點，提高充電效率。
電網(wǎng)信息
電網(wǎng)可以向電動汽車和充電站發(fā)送電網(wǎng)負(fù)荷、電價等信息。這些信息可以幫助電動汽車和充電站制定合理的充電計劃，降低充電成本。
3.有序充電策略的制定
（一）基于電網(wǎng)負(fù)荷的充電策略
根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況，制定不同的充電價格。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段，降低充電價格，鼓勵電動汽車充電；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時段，提高充電價格，電動汽車充電。
實時監(jiān)測電網(wǎng)負(fù)荷變化，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷超過一定閾值時，暫停部分電動汽車的充電，以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
基于車輛行駛路線的充電策略
根據(jù)電動汽車的行駛路線和剩余電量，預(yù)測電動汽車的充電需求。在電動汽車行駛路線上的充電站提前為其預(yù)留充電樁，減少充電等待時間。
對于長途行駛的電動汽車，優(yōu)先在高速公路服務(wù)區(qū)等大功率充電站進(jìn)行快速充電，以縮短充電時間。
基于充電站空閑狀態(tài)的充電策略
實時監(jiān)測充電站的空閑充電樁數(shù)量，當(dāng)空閑充電樁數(shù)量較多時，鼓勵電動汽車前往充電；當(dāng)空閑充電樁數(shù)量較少時，引導(dǎo)電動汽車選擇其他充電站或等待一段時間后再進(jìn)行充電。
對于急需充電的電動汽車，可以通過優(yōu)先排隊等方式，確保其能夠盡快充電。
4.信息交互與協(xié)調(diào)機(jī)制
4.1信息交互平臺
建立一個“車-路-站-網(wǎng)"信息交互平臺，實現(xiàn)各方信息的實時共享和交互。
該平臺可以采用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對大量的信息進(jìn)行處理和分析，為有序充電策略的制定提供支持。
4.2協(xié)調(diào)機(jī)制
建立一套協(xié)調(diào)機(jī)制，確保各方在信息交互和充電行為管理中能夠協(xié)調(diào)一致。例如，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時，電網(wǎng)可以通過信息交互平臺向充電站發(fā)送指令，暫停部分電動汽車的充電；充電站則可以根據(jù)指令，對電動汽車進(jìn)行合理的引導(dǎo)和管理。
5.實驗與結(jié)果分析
為了驗證基于“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的電動汽車有序充電策略的有效性，進(jìn)行了實驗測試。實驗結(jié)果表明，該策略能夠有效地降低電網(wǎng)負(fù)荷波動，提高充電效率，同時降低用戶充電成本。
（1）基于交通能源互聯(lián)網(wǎng)理論構(gòu)建“車-路-站網(wǎng)"信息耦合模型，聯(lián)合各方實時數(shù)據(jù)預(yù)測4方相互影響下的電動汽車選擇不同路徑的充電結(jié)果，為綜合4方利益充電選擇策略的實現(xiàn)提供現(xiàn)實依據(jù)。
（2）將提升電動汽車用戶充電體驗、改善交通和充電站擁擠程度、提高充電站設(shè)備利用率和配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性作為引導(dǎo)電動汽車的充電目標(biāo)，為電動汽車用戶利于4方主體的充電路徑，解決了無序充電導(dǎo)致其他主體運行體驗降低的問題，提高“車-路-站-網(wǎng)"的整體運行水平。
（3）電動汽車規(guī)模后其慢充負(fù)荷對配電網(wǎng)的影響也逐漸，而考慮電動汽車快充與慢充負(fù)荷聯(lián)合優(yōu)化的充電策略能夠進(jìn)一步降低配電網(wǎng)的負(fù)荷波動，提升配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，增加配電網(wǎng)對電動汽車的承載能力。
6安.科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展
6.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(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數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(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。
6.2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。
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、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
6.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，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)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(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實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)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。
6.4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，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后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
6.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、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)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
6.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(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。
6.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(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
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
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護(hù)等級IP65，具備防雷 保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn) 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認(rèn)證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認(rèn)證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認(rèn)證 |
電氣防火限流式保護(hù)器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
開口式電流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護(hù)、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。 |
智能剩余電流繼電器 | ASJ |
| 該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護(hù)器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災(zāi)事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護(hù)。 |
7.結(jié)論
本文提出了一種基于“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的電動汽車有序充電策略，通過整合車輛、道路、充電站和電網(wǎng)的信息，實現(xiàn)了對電動汽車充電行為的優(yōu)化管理。該策略能夠提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和充電效率，降低用戶充電成本，為電動汽車的普及和發(fā)展提供了有力的支持。未來，可以進(jìn)一步完善該策略，提高其智能化水平和適應(yīng)性，以更好地滿足電動汽車發(fā)展的需求。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉麗軍.基于“車-路-站-網(wǎng)"信息耦合的電動汽車有序充電策略
[2]胡海濤，鄭政，何正友，等.交通能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
電瓶車充電樁禁止非法改裝
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