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摘要:隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的推進,充電基礎設施的建設和優(yōu)化成為推動新能源汽車普及的關(guān)鍵。本文首先概述了我國電動汽車充電設施的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn),特別是基礎充電設施分布不均衡和電網(wǎng)供需矛盾加劇的問題。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)響應相結(jié)合的實施策略,并以安科瑞充電樁收費運營云平臺為例,展示了其在實現(xiàn)有序充電和需求側(cè)響應中的實際應用。通過智能有序充電技術(shù)和需求側(cè)響應機制,可以有效平衡電網(wǎng)負荷,提高可再生能源的消納率,同時減少電動汽車充電對電網(wǎng)的沖擊。本文分析了兩者結(jié)合的潛在優(yōu)勢,并提出了相應的政策建議和技術(shù)路徑,旨在推動充電基礎設施的有序建設和發(fā)展,確保電動汽車充電的便捷性和高效性,進一步促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。
關(guān)鍵詞:電動汽車;充電樁;有序充電;配電網(wǎng);需求側(cè)響應;
1.引言
電動汽車作為綠色出行的重要選擇,其普及程度日益提高,預計到2025年需要建設和發(fā)展超過2000萬輛電動汽車的充電基礎設施。然而,充電基礎設施的建設和發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn),特別是基礎充電設施分布不均衡和電網(wǎng)供需矛盾加劇的問題,嚴重影響了電動汽車的便捷性和用戶的充電體驗。因此,研究充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應的結(jié)合,成為推動充電基礎設施有序建設和發(fā)展、促進新能源汽車普及的重要途徑。本文以安科瑞充電樁收費運營云平臺為例,探討了該策略在實際應用中的可行性和效果。
2.電動汽車充電設施現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
近年來,我國政府高度重視電動汽車充電設施的建設,采取了多項政策措施,包括推廣智能有序充電技術(shù)和建設大量充電樁。2023 年 1 - 5 月,全國充電基礎設施增量為 114.7 萬臺,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,我國公共充電樁數(shù)量為 179.7 萬座,較 2016 年增長 165.6 萬座,增幅高達 1174.47%。其中,直流充電樁及交流充電樁分別為 76.1 萬座及 103.6 萬座,占公共類充電樁數(shù)量的 42.35% 及 57.65%。此外,預測到 2023 年底,我國將新增 97.5 萬臺公共充電樁,使其總數(shù)達到 277.2 萬臺,同時隨車配建充電樁的新增量將達到 340.0 萬臺,使其總數(shù)達到 681.2 萬臺。然而,盡管充電樁數(shù)量快速增長,但分布不均衡的問題仍然突出。特別是在一些偏遠地區(qū)或城市邊緣地帶,充電樁數(shù)量嚴重不足,難以滿足電動汽車的充電需求。此外,電動汽車充電負荷對電網(wǎng)的沖擊也不容忽視,可能引發(fā)電網(wǎng)負荷波動和供需失衡。隨著能源轉(zhuǎn)型的推進和分布式能源的快速發(fā)展,配電網(wǎng)的運營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,同時降低系統(tǒng)的峰谷差和負荷波動,緩解供電壓力,已成為我國電網(wǎng)規(guī)劃的當務之急。
(一)定義
充電樁有序充電技術(shù)是一種通過對電動汽車充電過程進行合理控制和調(diào)度的技術(shù)。它基于電網(wǎng)的運行狀態(tài)、用戶需求、充電設施的特性等多方面因素,實現(xiàn)電動汽車充電負荷在時間和功率上的優(yōu)化分配,避免大量電動汽車同時充電對電網(wǎng)造成的沖擊,如電壓波動、過載等問題。
(二)目標
電網(wǎng)側(cè)目標:降低配電網(wǎng)的峰谷差,平抑負荷波動,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)定運行。通過合理安排充電時間和功率,減少電網(wǎng)在高峰時段的供電壓力,同時充分利用低谷時段的剩余容量。
用戶側(cè)目標:滿足用戶的充電需求,在不影響用戶正常使用電動汽車的前提下,盡可能為用戶提供經(jīng)濟、便捷的充電服務。例如,根據(jù)用戶的出行計劃和電池狀態(tài),介紹合適的充電時間和充電功率,避免長時間等待充電。
配電網(wǎng)需求側(cè)響應是指通過調(diào)整用戶用電行為,促進電網(wǎng)供需平衡的一種機制。通過實施需求側(cè)響應,可以引導用戶在電網(wǎng)高峰時段減少用電,在低谷時段增加用電,從而有效緩解電網(wǎng)供需矛盾,提高電網(wǎng)運行效率和穩(wěn)定性。在這個背景下,引入需求側(cè)響應策略顯得尤為重要。需求側(cè)響應主要是通過激勵用戶調(diào)整用電行為,以實現(xiàn)移峰填谷,提高電力系統(tǒng)的運行效率。
(一)電網(wǎng)側(cè)目標
削峰填谷:減少配電網(wǎng)高峰時段的用電負荷,降低電網(wǎng)的峰值功率需求,同時增加低谷時段的用電負荷,使負荷曲線更加平坦。這有助于緩解電網(wǎng)在高峰時段的供電壓力,減少對發(fā)電和輸電設備的擴容需求,降低電網(wǎng)建設和運營成本。
提高供電可靠性:通過合理調(diào)整用戶負荷,降低電網(wǎng)過載、電壓波動等故障風險,增強配電網(wǎng)應對突發(fā)情況(如設備故障、自然災害等)的能力,提高供電可靠性和電能質(zhì)量。
促進可再生能源消納:隨著分布式可再生能源(如太陽能、風能)在配電網(wǎng)中的比例不斷增加,其間歇性和波動性給電網(wǎng)運行帶來挑戰(zhàn)。需求側(cè)響應機制可以引導用戶在可再生能源發(fā)電高峰時段增加用電,提高可再生能源的利用率,促進其在配電網(wǎng)中的有效消納。
(二)用戶側(cè)目標
降低用電成本:用戶通過響應價格信號或激勵措施,合理調(diào)整用電行為,選擇在電價較低的時段用電或獲得相應的經(jīng)濟補償,從而降低自身的用電費用。
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)自身情況和激勵機制,靈活安排用電設備的使用時間,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(如洗衣機洗衣服、電動汽車充電等)安排在低谷電價時段或在收到激勵信號時進行。
5.充電樁有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應結(jié)合的優(yōu)異性
(一)優(yōu)化充電設施利用效率
充電樁有序充電可以根據(jù)電網(wǎng)負荷情況和用戶需求,合理安排電動汽車的充電時間和功率。當與配電網(wǎng)需求側(cè)響應結(jié)合時,可以進一步優(yōu)化充電設施的利用效率。例如,在電網(wǎng)負荷低谷時段,通過價格激勵或控制策略引導電動汽車充電,避免在高峰時段集中充電,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
電動汽車大規(guī)模無序充電可能會對配電網(wǎng)造成較大沖擊,如電壓波動、過載等問題。有序充電與配電網(wǎng)需求側(cè)響應結(jié)合能夠有效緩解這種壓力。通過需求側(cè)響應機制,配電網(wǎng)可以實時調(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)定運行。
(三)促進能源綠色低碳轉(zhuǎn)型
這種結(jié)合有利于充分利用可再生能源。例如,當配電網(wǎng)中有大量光伏、風電等可再生能源發(fā)電時,可以通過有序充電策略引導電動汽車在可再生能源發(fā)電高峰時段充電,增加可再生能源的消納,減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴,從而推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
(四)提升用戶充電體驗
通過有序充電和需求側(cè)響應的結(jié)合,可以為用戶提供更便捷、快速的充電服務。例如,根據(jù)用戶的充電需求和電網(wǎng)情況,為用戶介紹充電時間和地點,避免用戶在充電時長時間等待或找不到可用充電樁的情況,提高用戶滿意度。
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),進行充電服務、支付管理,交易結(jié)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(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、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。
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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù),并進行電能計量和保護。
3)網(wǎng)絡傳輸層:通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。
4)數(shù)據(jù)層:包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器,應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站,數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。
5)應客戶端層: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,對設備狀態(tài)、設備使用率、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,對其進行賬戶進行充值、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信息。
6.4.4故障管理
設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施,維護充電設施信息、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行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況,進行遠程參數(shù)設置,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)響應的結(jié)合是推動充電基礎設施有序建設和發(fā)展、促進新能源汽車普及的重要途徑。通過實施該策略,可以有效平衡電網(wǎng)負荷,提高可再生能源的消納率,減少電動汽車充電對電網(wǎng)的沖擊,同時引導用戶調(diào)整用電行為,促進電網(wǎng)供需平衡。安科瑞充電樁收費運營云平臺作為實現(xiàn)這一策略的重要工具,在實際應用中取得了顯著成效。未來,應繼續(xù)加強政策引導和技術(shù)研發(fā),推動該策略在更廣泛的范圍內(nèi)應用和推廣。同時,加強充電設施與電網(wǎng)的協(xié)同規(guī)劃和建設,提高充電設施的智能化管理水平,為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展提供更加堅實的支撐。
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