基于變電站 - 小區(qū)充電樁接入控制的電動汽車有序充電策略

安科瑞魯一揚15821697760

摘要：大量家用電動汽車集中于特定時段充電，給區(qū)域配電網(wǎng)帶來顯著壓力。為在滿足充電負(fù)荷需求的同時減輕對配電網(wǎng)的影響，開展有序充電研究至關(guān)重要。本文構(gòu)建了變電站 - 小區(qū)充電樁接入控制模式，通過深入剖析小區(qū)電動汽車充電行為，提出兩階段優(yōu)化調(diào)度策略。在滿足電動汽車充電負(fù)荷需求的約束條件下，首先以變電站側(cè)負(fù)荷水平均衡為目標(biāo)制定區(qū)域充電樁接入控制策略，獲取區(qū)域充電樁整體分時段接入量；接著以各傳輸線路負(fù)載均衡為目標(biāo)，優(yōu)化確定各小區(qū)分時段接入的電動汽車數(shù)量。針對某變電站供電區(qū)域內(nèi)不同滲透比例下的電動汽車充電情形進行優(yōu)化調(diào)度仿真，深入探究不同運行方式下充電負(fù)荷對電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差和運行參數(shù)的影響。結(jié)果表明所建模型準(zhǔn)確可靠，并依據(jù)分析給出配電網(wǎng)改造的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：充電樁調(diào)度；電動汽車；有序充電；區(qū)域負(fù)荷優(yōu)化；粒子群優(yōu)化；分支定界法

0引言

電動汽車因具備零排放和不依賴石化能源的優(yōu)勢，在新能源汽車領(lǐng)域備受矚目，成為汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)對環(huán)境問題的關(guān)鍵突破口。然而，大量電動汽車無序并網(wǎng)充電，尤其是在負(fù)荷高峰時段接入充電，極大地加劇了負(fù)荷峰谷差，對區(qū)域電網(wǎng)造成負(fù)荷壓力并影響電能質(zhì)量。據(jù)相關(guān)文獻記載，電動汽車滲透率達 20% 時，會使配電網(wǎng)負(fù)荷增長 35.8%。另有研究表明，不同電動汽車匯聚度和接入水平下的充電行為會給配電網(wǎng)電壓水平帶來不利影響，若無法對電動汽車充電進行協(xié)調(diào)控制，將導(dǎo)致區(qū)域配電變壓器和線路過載，嚴(yán)重降低配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、安全可靠性。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對電動汽車并網(wǎng)充電引發(fā)的問題，結(jié)合電網(wǎng)實時運行狀態(tài)、充電需求等動態(tài)信息，提出了電動汽車有序充電優(yōu)化控制策略，以改善區(qū)域負(fù)荷水平與電能質(zhì)量。例如，部分研究以充電成本和網(wǎng)損最小為目標(biāo)，采用基于網(wǎng)損靈敏度選擇優(yōu)先的實時有序充電控制策略，有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損并改善節(jié)點電壓波形；還有研究提出電動汽車有序控制的二級優(yōu)化算法，在離散充電時間點結(jié)合風(fēng)能轉(zhuǎn)移充電負(fù)荷并進行頻率調(diào)整；也有學(xué)者通過動態(tài)響應(yīng)分時電價，提出最小化客戶充電成本和削峰填谷的有序充電啟發(fā)式算法。

盡管現(xiàn)有電動汽車有序充電控制策略已取得一定成果，但多側(cè)重于對整體區(qū)域的協(xié)調(diào)控制以改善負(fù)荷特性，未充分考慮區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與充電負(fù)荷分布的影響，難以實際指導(dǎo)有序充電的控制過程。鑒于中國電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃，電動私家車在未來電動汽車消費市場將占據(jù)較大比例，其具有數(shù)量大、分布分散且充電時間集中等特點，便于開展有序充電。因此，深入研究私人電動汽車并網(wǎng)充電的有序控制策略，對減少電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投資、指導(dǎo)配電網(wǎng)合理規(guī)劃與運行具有重要意義。

本文以變電站供電范圍內(nèi)各小區(qū)充電樁為研究對象，提出變電站 - 小區(qū)充電樁優(yōu)化接入控制模式及策略。在滿足區(qū)域充電負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因素，以變電站和配電線路負(fù)載均衡為目標(biāo)，實現(xiàn)各住宅區(qū)電動汽車充電的有序控制，并運用優(yōu)化理論分兩階段求解。

1變電站-小區(qū)充電樁的接入控制

交流充電樁是電動汽車常規(guī)慢速充電的重要設(shè)施，常見于電動汽車充電站、公共停車場、住宅小區(qū)停車場、大型商場停車場等場所。其中，住宅小區(qū)停車場內(nèi)私人電動汽車的夜間長時間泊車為電動汽車有序充電的接入控制創(chuàng)造了條件。

1.1小區(qū)充電樁的接入模式與策略

城市中各小區(qū)充電樁地理位置相對分散。為實現(xiàn)充電樁的優(yōu)化接入，本文提出 “分散接入，集中管控” 的接入控制模式，將整體充電控制分為三層：用電層負(fù)責(zé)充電樁接入管理控制；配電層實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；輸變電層進行優(yōu)化接入控制，如圖 1 所示。

圖1變電站-小區(qū)充電樁接入控制模式圖

為落實該控制模式，需在配電網(wǎng)中增設(shè)充電樁接入控制中心、充電樁管理系統(tǒng)、變電站 - 充電樁通信信道三部分，其具體功能如下：

充電樁接入控制中心位于 110kV 變電站內(nèi)，主要職責(zé)為采集各小區(qū)充電管理系統(tǒng)提供的可充電電池數(shù)量及狀態(tài)預(yù)測數(shù)據(jù)，結(jié)合變電站側(cè)的基礎(chǔ)負(fù)荷（如居民用電、商業(yè)用電和工業(yè)用電等）開展優(yōu)化計算，確定可調(diào)度時段內(nèi)充電樁的最優(yōu)接入充電數(shù)量，再依據(jù) 10kV 線路實時負(fù)載率和電池待充量，將充電樁接入量優(yōu)化分配至各條線路。

充電樁管理系統(tǒng)位于居民住宅區(qū)內(nèi)，與 10kV 線路建立多對一或一對一映射關(guān)系，主要功能包括采集小區(qū)內(nèi)充電樁中待充電池的數(shù)量、荷電狀態(tài)（SOC）及其可調(diào)度性，預(yù)測管理區(qū)域內(nèi)電動汽車接入規(guī)律，將數(shù)據(jù)實時傳送至變電站調(diào)度中心，并依據(jù)調(diào)度中心分配的充電計劃安排各小區(qū)電動汽車并網(wǎng)充電。

變電站至小區(qū)的通信信道是充電樁優(yōu)化調(diào)度的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，涵蓋主干傳輸層、匯聚層和接入層。主干傳輸層借助現(xiàn)有配電通信網(wǎng)為變電站至各個充電樁管理系統(tǒng)之間提供信息傳輸；匯聚層利用光線路終端（OLT）和光分配節(jié)點（ODN）匯集接入層信息；接入層通過有線或無線組網(wǎng)為充電樁管理系統(tǒng)與小區(qū)內(nèi)各充電樁之間提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

接入控制的優(yōu)化計算在變電站內(nèi)控制中心進行，電動汽車的接入充電由各個小區(qū)充電樁管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)實施，優(yōu)化計算流程如圖 2 所示。

圖2電動汽車兩階段優(yōu)化接入控制流程圖

接入控制策略包含兩個優(yōu)化過程：

第一次優(yōu)化為整體車輛最優(yōu)接入調(diào)度。已知條件包括變電站供電范圍內(nèi)的待充電池預(yù)測數(shù)量及其 SOC、接入規(guī)律預(yù)測、變電站基礎(chǔ)負(fù)荷等，決策變量為最優(yōu)整體充電樁接入方案，優(yōu)化目標(biāo)為變電站供電區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)負(fù)荷水平。

第二次優(yōu)化是對最優(yōu)整體電池接入方案進行優(yōu)化分配。已知量為某調(diào)度時刻的整體充電接入方案，尋優(yōu)目標(biāo)為均衡各小區(qū)接入充電后的傳輸線路負(fù)載率，以降低整體線損，決策變量為各個小區(qū)待充電的各類 SOC 的電動汽車數(shù)量。

1.2小區(qū)電動汽車充電負(fù)荷模型

小區(qū)內(nèi)電動汽車充電負(fù)荷特性與居民生活習(xí)慣密切相關(guān)，居民固有生活規(guī)律致使小區(qū)內(nèi)電動車充電負(fù)荷呈現(xiàn)短時聚集性特征。因此，有必要對各小區(qū)電動汽車進行統(tǒng)計分析，以獲取充電負(fù)荷建模的三個基本屬性：車輛電池到達時刻、電池初始 SOC、車輛電池可調(diào)度性。

一般而言，車輛電池達到時刻即為有充電需求的電動汽車最后一次出行結(jié)束后泊車的時刻，待充時刻x服從正態(tài)分布[8],其概率密度fs(x)為：

fs(x)=

式中：μ=17.6;σ=3.4。

初始SOC與車輛行駛距離相關(guān)，根據(jù)對私人電動汽車日行駛里程的統(tǒng)計分析，SOC(公式中用E。表示)的概率密度函數(shù)[9]為：

式中：S為私家車電池容量；po為充電樁充電功率，本文假設(shè)電池為恒功率充電。

充電的可調(diào)度性指接入充電樁待充的私家車用戶選擇由變電站-小區(qū)充電樁管理系統(tǒng)統(tǒng)一安排充電或立即并網(wǎng)充電，因此根據(jù)用戶意愿把用戶的充電需求分為接入即充和可控充電2類。同時，為了簡化調(diào)度控制，根據(jù)電池SOC的不同將待充車輛電池分為A(SOC為10%～30%)、B(SOC為30%~50%)、C(SOC為50%～70%)3類。

通常而言，小區(qū)的負(fù)荷從晚上6點至早上7點經(jīng)歷了高峰到低谷的整個過程[10],而考慮到居民在下班后通常集中選擇給電動汽車充電，而該時刻剛好位于居民區(qū)用電負(fù)荷高峰時段，大大加劇了配電網(wǎng)負(fù)荷壓力和負(fù)荷峰谷差，因此在該時間段應(yīng)進行充電接入控制，保障配電網(wǎng)安全運行，即該時段為電動汽車最優(yōu)調(diào)度時段。

1.3兩階段優(yōu)化建模

1.3.1一次優(yōu)化調(diào)度建模

變電站一次優(yōu)化調(diào)度是在已知變電站基礎(chǔ)負(fù)荷和各小區(qū)電動汽車充電需求的基礎(chǔ)上，通過分時段調(diào)度接入電網(wǎng)的充電樁數(shù)量，平抑負(fù)荷曲線，從而降低配電網(wǎng)的峰谷差和線路損耗。為此，作如下假設(shè)：

調(diào)度時段為 18:00 至次日 07:00，每隔 30min 進行一次充電樁優(yōu)化接入，共 26 個調(diào)度時刻。

居民區(qū)電動汽車僅通過充電樁充電，泊車后即接入充電樁待充。

不可控充電負(fù)荷的比例預(yù)測依賴于充電管理系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

基于以上假設(shè)，本文提出以等效負(fù)荷曲線方差為優(yōu)化目標(biāo)的充電樁接入策略[11]。目標(biāo)函數(shù)為：

式中：Pa為t時刻變電站基礎(chǔ)負(fù)荷；Pv為電動汽車實時充電負(fù)荷；Pav為第i個時間窗口內(nèi)等效負(fù)荷的平均值；P1為可調(diào)度充電負(fù)荷；P2為不可控充電負(fù)荷；i=1,2,…,T—M+1。

可調(diào)度充電負(fù)荷和不可控充電負(fù)荷的計算如下：

式中：nx-c為t時刻正在充電的3類可控電池數(shù)量，nx-c=nx+nx-AT—nxTx,X取A,B,C,Tx為X類電池充滿電平均所需時間，nx為t時刻變電站接入充電的X類可控電池數(shù)量，△T為調(diào)度時間間隔；po為充電樁充電功率。

式中：β為不可控系數(shù)；N為區(qū)域電動汽車電池總量；Xmax和Xmin為X類電池SOC上下限；to為起始調(diào)度時刻；t?=t—Tx;[]為取整符號。

經(jīng)過上述分析，優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)建立如下：

有以下3個約束條件。

（1）充電需求總量約束

式中：Ntota為有充電需求的電動汽車的電池總量。

（2）可調(diào)度電池數(shù)量約束

式中：nx-ready為t時刻累積待充的X類電池數(shù)量，其迭代計算公式如式(13)所示。

式中：nx-new為t—△T到t個調(diào)度時刻之間到達的X類待充電池數(shù)量。

（3）變電站主變負(fù)載率約束

式中：Strans為變電站變壓器額定容量；αmax為變壓器負(fù)載率上限。

1.3.2二次優(yōu)化分配建模

二次優(yōu)化分配是將一次優(yōu)化調(diào)度獲得的最優(yōu)充電樁接入數(shù)量分配至各充電樁管理系統(tǒng)，指導(dǎo)各小區(qū)電動汽車接入充電。為便于優(yōu)化計算，將充電管理系統(tǒng)與對應(yīng) 10kV 線路相結(jié)合，決策變量為每個時刻每條線路各類電池接入量，已知量為各類電池接入總量，以及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)采集的各條 10kV 線路的實時負(fù)載。由于均衡各線路的負(fù)荷有助于降低區(qū)域綜合線損，提高區(qū)域負(fù)荷水平和電壓水平，因此二次優(yōu)化目標(biāo)為各線路負(fù)載率的方差最小。

為直觀表示各類電池分配方案，建立如下電池接入矩陣Ibet:

式中：n,為第i條線路上接入的第j類電池數(shù)量，j=1,2,3時分別表示A,B,C類電池。

接入電池后的線路l,負(fù)載率β;為：

式中：Pi;為線路i的負(fù)載；Srated為線路額定容量。

根據(jù)上述分析，二次優(yōu)化分配目標(biāo)函數(shù)建立如下：

式中：β為接入電池后各條線路平均負(fù)載率。其有以下3個約束條件。

各小區(qū)待接入的電池上限約束

式中：nredy為優(yōu)化時刻第i條線路上j類電池待充電數(shù)量上限，可由各小區(qū)充電管理系統(tǒng)提供。

（2）

最優(yōu)充電接人總量約束

線路負(fù)載率約束

2優(yōu)化調(diào)度模型求解

粒子群算法（PSO）是一種啟發(fā)式隨機優(yōu)化算法，每個粒子通過追逐自身最優(yōu)位置和全局最優(yōu)位置進行搜索，最終收斂于群體最優(yōu)粒子，具有較強的全局搜索能力。分支定界法則是整數(shù)規(guī)劃的經(jīng)典求解方法，適用于電池矩陣的求解。本文綜合運用這兩種方法，提出兩階段優(yōu)化算法求解優(yōu)化調(diào)度和分配模型。PSO 應(yīng)用于第一優(yōu)化階段，即變電站整體負(fù)荷優(yōu)化。其中，參數(shù)初始化時輸入變量包括變電站基礎(chǔ)負(fù)荷、線路容量約束、小區(qū)電動汽車規(guī)模等；種群初始化采用隨機初始化初始充電方案；編碼方式為實數(shù)編碼，由于接入電池數(shù)量為整數(shù)，因此需對實數(shù)進行取整：

式中：B為電池接入方案；BA,Bp,Bc為采用實數(shù)表述的各類電池實時接入量。

由于在變電站負(fù)荷優(yōu)化中，為滿足用戶的充電需求，電池優(yōu)化方案需滿足等式約束，而采用隨機初始化和進化過程中的個體可能不滿足此約束。在進化算法中，多采用罰函數(shù)實現(xiàn)個體向可行域的進化，然而罰函數(shù)難以選取，本文提出了如下的個體修正策略(以A類電池為例):

粒子速度和位置的更新為：

式中：w為慣性權(quán)重；r?和r?為(0,1)間均勻分布的隨機數(shù)；c?和c?為學(xué)習(xí)因子；vi和z1分別為粒子i第k次迭代時的速度和位置；Pbest為粒子個體最優(yōu)解；gbes為群體最優(yōu)解。

通過調(diào)整權(quán)重系數(shù)w來實現(xiàn)算法全局搜索和局部搜索的平衡，因此w是影響算法性能的重要因素。通過對不同粒子的進化速度h和種群整體的收斂程度s進行分析，動態(tài)調(diào)整不同粒子的w可有效提高算法的局部搜索能力和全局收斂性，相比w的線性調(diào)整策略，可更顯著提高算法的性能[13]。

二次優(yōu)化分配則借助于整數(shù)規(guī)劃中的分支定界法實現(xiàn)充電負(fù)荷的優(yōu)化分配[14]。整體優(yōu)化算法流程如圖3所示。

3算例分析

3.1參數(shù)設(shè)置

某110kV變電站，主變?nèi)萘繛?×40MW,以其供電范圍內(nèi)的8個居民小區(qū)為例，由8條10kV線路供電，小區(qū)規(guī)模如附錄A表A1所示，假設(shè)戶均擁有私家車0.75輛，表A1給出了電動汽車滲透率為10%和30%下的車輛數(shù)。

10kV線路容量為3MW,私家電動汽車電池容量為165Ah,充電功率為7kW15],充電樁與電動汽車按1:1配置，接受調(diào)度的電動汽車比例為

開始

負(fù)荷信息、充電需求信息等

優(yōu)化參數(shù)初始化

個體修正

權(quán)重系數(shù)計算個體修正

最優(yōu)位置更新

N

變電站負(fù)荷優(yōu)化

整數(shù)規(guī)劃

輸出記錄充電方案

充電負(fù)荷優(yōu)化分配

粒子速度更新

粒子位置更新

優(yōu)化線路充電負(fù)荷

數(shù)據(jù)初始化

是否停機?

種群初始化

結(jié)束

圖3優(yōu)化算法計算流程

80%。優(yōu)化算法中學(xué)習(xí)因子c?和c?取2;慣性權(quán)重w則根據(jù)進化速度h與收斂程度s自適應(yīng)調(diào)整。根據(jù)變電站負(fù)荷情況分為典型日和夏高峰日2種研究場景，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見附錄A表A2,線路負(fù)載率約束為60%。

3.2不同電動汽車滲透比例下變電站負(fù)荷的變化

在典型日下，分別對電動汽車滲透率為10%和30%的2種情況進行目標(biāo)尋優(yōu)，等效負(fù)荷曲線方差值經(jīng)過50次左右迭代后快速收斂(見圖4),分別為5.33和4.37,充電樁接入總量滿足整體充電需求。

等效負(fù)荷曲線方差值

迭代次數(shù)

圖4等效負(fù)荷曲線方差的迭代收斂圖

根據(jù)獲得的最優(yōu)調(diào)度方案進行充電樁接入充電，優(yōu)化前后的負(fù)荷曲線如圖5所示，同時，對優(yōu)化前后的負(fù)荷峰谷值進行比較，如表1所示。

在10%和30%這2種電動汽車滲透率下，無序接入充電將導(dǎo)致負(fù)荷峰谷差率分別增加4.5%和7.1%,而經(jīng)過充電優(yōu)化調(diào)度后的變電站負(fù)荷峰谷差率分別比無序充電時降低了8.5%和19.6%,移峰填谷效果十分明顯，表明了控制策略的必要性和有效性。

圖5優(yōu)化調(diào)度前后的負(fù)荷對比

表1變電站負(fù)荷水平比較

附錄A表A3給出了A,B,C這3類電池接入數(shù)量的時序安排。經(jīng)分析可知，為了滿足充電需求，大多優(yōu)先安排荷電量低的電池充電(接近高峰時段),再加上不接受調(diào)度的負(fù)荷，使得最大負(fù)荷比基礎(chǔ)負(fù)荷增長了3.6%,變電站負(fù)載率從41%提高到43%,其中不可調(diào)度電動汽車的比例對變電站最大負(fù)荷的增長影響較大，可通過電價刺激、政策優(yōu)惠等方式對用戶進行引導(dǎo)。

3.3大方式下電動汽車充電對電網(wǎng)運行的影響

當(dāng)電動汽車滲透率為30%(充電車輛共有1300輛),變電站負(fù)荷處于夏季高峰時，一天內(nèi)充電電量為22.4MW·h。優(yōu)化調(diào)度后變電站負(fù)荷曲線見圖6。

圖6不同基礎(chǔ)負(fù)荷下的負(fù)荷優(yōu)化曲線

由圖6可見，夏高峰時變電站最高負(fù)荷為39.7MW、谷段平均值為28.1MW,峰谷差14.5MW,降低了11%,最大負(fù)荷增長0.9MW,變電站整體負(fù)載率增長為49.25%。如果變電站或電動汽車充電負(fù)荷進一步增加，變電站主變負(fù)載率將增大，導(dǎo)致電網(wǎng)變壓器故障和檢修時不能實現(xiàn)站內(nèi)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，降低了供電可靠性。

在一次優(yōu)化獲得3類電池最優(yōu)接入時序的基礎(chǔ)上，根據(jù)2次充電樁優(yōu)化分配模型求解各調(diào)度時刻最優(yōu)電池接入方案，指導(dǎo)各小區(qū)進行有序充電。計算結(jié)果見附錄A表A4和A5,接入前后為住宅區(qū)供電的8條10kV線路負(fù)載率變化情況如表2所示。

表2電池優(yōu)化分配前后10kV線路負(fù)載率對比

優(yōu)化分配結(jié)果顯示，獲得的最優(yōu)電池接入矩陣滿足充電接入需求，典型日和夏高峰線路負(fù)載率變化分別減少70%和33%,并實現(xiàn)了各線路接入充電負(fù)荷后負(fù)載率的均衡性，典型日下避免了高負(fù)載率線路的接入充電，表明了分配策略和算法的有效性，提高了設(shè)備利用率。同時可知，夏季晚高峰時充電樁接入充電導(dǎo)致最高線路負(fù)載率由原來48%增加到52%,對于單聯(lián)絡(luò)線路，當(dāng)負(fù)載率高于50%時，引起供電可靠性下降。因此，在設(shè)計電動汽車供電方案時，要以保證供電線路和變電站可靠性為約束，根據(jù)變電站范圍內(nèi)各小區(qū)充電負(fù)荷大小、不接受調(diào)度

用戶比例的具體情況進行設(shè)計。必要時采用新增線路、擴建線路、改進接線模式等方法保證供電線路的可靠性。

4安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1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(wù)、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(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。

4.2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。

4.3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)，并進行電能計量和保護。

(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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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(shè)置，同時可接收故障推送

4.4.8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。

4.5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、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，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，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，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 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，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，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，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級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、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、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
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擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊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器	ASCP200-63D		導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、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、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，線性好，抗干擾能力強。
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。

5結(jié)語

本文針對未來居民小區(qū)私人電動汽車充電有序控制問題開展研究，建立了變電站-小區(qū)充電樁接入控制模式，提出了兩階段優(yōu)化調(diào)度與分配策略，考慮了變電站和線路的可靠性約束，采用了改進粒子群和分支定界法求解模型。仿真結(jié)果表明：電動汽車充電的有序控制限制了變電站和線路最大負(fù)荷的增加，降低了峰谷差，增加了企業(yè)效益。隨著電動汽車滲透比例的增加，削峰填谷的效果更明顯，同時可能引起電網(wǎng)供電設(shè)備的過載，影響電網(wǎng)的檢修和故障負(fù)荷轉(zhuǎn)移，必須通過改進供電方案，以保證供電可充電的深入研究提供了很好的借鑒。該控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中涉及變電站控制中心和小區(qū)控制中心運營管理模式的協(xié)調(diào)，另外隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，為了保證實時性必須進行通信系統(tǒng)的升級改造。

參考文獻：

[1]徐立中，楊光亞，許昭，等.電動汽車充電負(fù)荷對丹麥配電系統(tǒng)的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011,35(14):18-23.

[2]林弘宇，田世明.智能電網(wǎng)條件下的智能小區(qū)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電網(wǎng) 技術(shù)，2011,35(12):1-7.

[3]田立亭，史雙龍，賈卓.電動汽車充電功率需求的統(tǒng)計學(xué)建模方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010,34(11):126-130.

[4]王輝，文福拴，辛建波.電動汽車充放電特性及其對配電系統(tǒng)的影響分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2011,38(5):17-24.

[5]羅卓偉，胡澤春，宋永華，等.電動汽車充電負(fù)荷計算方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011,35(14):36-42.

[6]于大洋，宋曙光，張波，等.區(qū)域電網(wǎng)電動汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011,35(14):24-29.

[7]張杰.配電網(wǎng)負(fù)荷均衡及降低網(wǎng)損的重構(gòu)算法研究[D].吉林： 東北電力大學(xué)，2008.

[8]陽明盛，羅長童.最優(yōu)化原理、方法及求解軟件[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[9]電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置：第2 部分交流充電接口[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[10]劉文霞，劉流，趙天陽.變電站區(qū)域充電樁接入控制模式及策略

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

審核編輯 黃宇