龔 聰
(江漢大學(xué)文理學(xué)院,湖北 武漢 430056)
國家政策對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的利好政策不斷,國家電網(wǎng)明確表示將在2016年加速推進(jìn)高速公路快充網(wǎng)絡(luò)和重點(diǎn)城市充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè),財政部等五部門發(fā)布了對充電基礎(chǔ)設(shè)施配套較為完善、新能源汽車推廣應(yīng)用規(guī)模較大的省市安排獎勵資金的政策,并設(shè)定了新能源充電設(shè)施相關(guān)獎勵標(biāo)準(zhǔn)。隨著新能源車市場放量,國內(nèi)充換電站建設(shè)將迎來密集擴(kuò)容期,數(shù)量將逐年翻倍增長。同時,充電網(wǎng)絡(luò)作為電動汽車推廣的關(guān)鍵因素,在政策大力扶持和盈利模式逐步清晰的推動下,我國充換電設(shè)備迎來千億市場空間。
電樁系統(tǒng)是以新能源汽車服務(wù)為依托的生態(tài)聚環(huán),這個生態(tài)鏈中的必要環(huán)節(jié)是充電樁的智能化建設(shè),以用戶體驗(yàn)為核心,在互聯(lián)網(wǎng)思維下創(chuàng)建的電樁系統(tǒng)是打通這個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。
2.1 電樁系統(tǒng)的開發(fā)
2.1.1 構(gòu)建汽車充電服務(wù)應(yīng)用端
在物聯(lián)網(wǎng)的帶動下,可以方便用戶最便捷快速地查找身邊的充電樁,并實(shí)現(xiàn)對充電樁的預(yù)約、導(dǎo)航、充電、支付等一站式功能;此外,在城市的核心區(qū)域落地建設(shè)充電目的地,構(gòu)筑完善充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò);在國家電網(wǎng)的放權(quán)下,電樁系統(tǒng)連接端以開放的生態(tài)模式整合充電設(shè)備廠商、車廠、分時租賃商,實(shí)現(xiàn)電動汽車互聯(lián)網(wǎng)充電數(shù)據(jù)共享;并展開跨界合作,打造“人、車、樁”一體化模式,讓人們的出行變得智能、環(huán)保。互聯(lián)網(wǎng)充電樁有遠(yuǎn)程通信能力的特征,以便于監(jiān)控系統(tǒng)后臺,對成百上千個充電樁進(jìn)行智能化高效監(jiān)控管理,同時充電樁應(yīng)該易于安裝與布局,為電動汽車的推廣打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和信息管理技術(shù)的發(fā)展恰好有利于實(shí)現(xiàn)電動汽車充電樁的遠(yuǎn)程計算機(jī)監(jiān)測、控制和管理。針對電動汽車充電樁提出了一種基于GPRS無線通信的解決方案,該系統(tǒng)由充電樁終端硬件系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成,該系統(tǒng)能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對電動汽車充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)覆蓋電動汽車司機(jī)進(jìn)行充電使用全過程,能夠幫助駕駛員完成充電樁群的選擇,并導(dǎo)航至相應(yīng)充電樁。通過移動互聯(lián)網(wǎng)的方式,提高了用戶體驗(yàn)。
2.1.2 建立電力負(fù)荷匹配機(jī)制
該機(jī)制以電網(wǎng)有功和能量調(diào)度為目標(biāo),讓電動汽車有序充放電。在有功能量調(diào)度方面,提出含新能源接入的有源城市電網(wǎng)規(guī)模化電動汽車的充電功率有序控制策略。構(gòu)建了雙層控制結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)充電功率規(guī)劃與瞬時功率的解耦控制;在電網(wǎng)層,以提高新能源利用率、平抑配電網(wǎng)的有功負(fù)荷波動和火力發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度為目標(biāo),針對電動汽車的特點(diǎn),考慮用戶的充電能量、時間需求約束和電池、充電機(jī)的充電功率約束,提出了充電功率多目標(biāo)優(yōu)化模型,和求解該約束多目標(biāo)問題的約束多目標(biāo)差分進(jìn)化算法,并應(yīng)用基于信息熵權(quán)的逼近理想解排序多屬性決策方法從Pareto前沿中選取最優(yōu)解,獲得日前最優(yōu)充電功率規(guī)劃;在用戶層,基于電池的受電能力特性和用戶的心理承受力,對不同充電階段的電池階段賦予不同的充電優(yōu)先級和不同的功率分配策略,滿足用戶的充電能量需求和功率分配公平性的要求,同時最大化電網(wǎng)層優(yōu)化模型中最大充電功率約束的范圍。利用充電設(shè)施的無功補(bǔ)償能力,輔助電網(wǎng)無功/電壓控制??紤]充電負(fù)荷的特點(diǎn)帶來的無功調(diào)節(jié)范圍約束,建立以網(wǎng)損最小化為目標(biāo)的無功優(yōu)化模型;應(yīng)用拉格朗日函數(shù)和梯度法,提出初始可行解的搜索方法,獲得滿足節(jié)點(diǎn)電壓偏差要求的初解;將非線性問題線性化后,討論步長對求解精度的影響,并給出步長的確定方法;求解線性規(guī)劃問題,尋找滿足網(wǎng)損最小化目標(biāo)的最優(yōu)解,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無功/電壓控制。面向靠近變電站、為電動私家車和出租車提供充電服務(wù)的集中型電動汽車充換電站,在現(xiàn)有充電站通訊和監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上,基于Web平臺研究開發(fā)了有序充電控制軟件。在SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)下建立全站的數(shù)據(jù)采集、管理與分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺;對充電功率控制策略進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),并在C#環(huán)境下編寫程序智能調(diào)度電動汽車的充電行為,實(shí)現(xiàn)有序充電;軟件還集成了充電站信息管理、智能引導(dǎo)與可視化監(jiān)控等功能,實(shí)現(xiàn)充電站管理與電能使用的有序化、智能化、可視化。電樁集群系統(tǒng)能夠?qū)崟r偵測當(dāng)前線路容量,智能地調(diào)節(jié)電樁的輸出功率,保證在不超出上限值引發(fā)過載等安全問題的情況下,電樁集群的整體功率輸出最優(yōu)化。
2.1.3 建立電樁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
制定標(biāo)準(zhǔn)組織與體系,加強(qiáng)在電氣設(shè)備安全操作、系統(tǒng)設(shè)計、電氣指標(biāo)、工程服務(wù)、運(yùn)營管理方面的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范動作,同時對于電站運(yùn)營系統(tǒng)、充電系統(tǒng)設(shè)計方面,加強(qiáng)加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺與落地執(zhí)行力度,積極推廣新型技術(shù)的廣泛應(yīng)用,建立起標(biāo)準(zhǔn)與接口統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、服務(wù)共享、安全穩(wěn)定的產(chǎn)品技術(shù)體系,有效指引新能源汽車行業(yè)的健康合理規(guī)范發(fā)展。
2.2 電樁系統(tǒng)的應(yīng)用
2.2.1 汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)的組合發(fā)展
電網(wǎng)企業(yè)可以在加油站的坐標(biāo)位置基礎(chǔ)上,進(jìn)行土地資源再整合開發(fā)利用,負(fù)責(zé)充電智能網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,電樁系統(tǒng)建設(shè)將逐步擴(kuò)大,傳統(tǒng)的油氣站將被新環(huán)境下的電力取代。而汽車廠商可以將充電設(shè)施納入自身的產(chǎn)品售后服務(wù)體系,由于汽車廠商掌握著終端客戶的信息,雙方的聯(lián)盟能給電動汽車消費(fèi)群體帶來便利。建設(shè)初期電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商共同支付一定的建樁費(fèi),當(dāng)用戶給電動汽車充電時電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商向用戶收取一定的充電費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)自身的盈利。例如,特銳德公司的汽車群充電系統(tǒng)擺脫了樹立在車位旁的充電樁,將各個充電樁的供電電路、充電控制電路和區(qū)域監(jiān)控模塊都集成到一個多功能充電箱變內(nèi),充電終端僅留有充電插頭(隱藏在停車擋板內(nèi)),該系統(tǒng)在企業(yè)與廠家合作中有很好的借鑒價值。
2.2.2 家庭電樁共享
由于充電樁成本的下降速度很快,家用充電設(shè)施推廣或?qū)⒂瓉砀咚僭鲩L的時機(jī)。國家電網(wǎng)公司已經(jīng)明確支持社會資本參與慢充、快充等各類電動汽車充換電設(shè)施市場。全國多省市已經(jīng)發(fā)布或準(zhǔn)備實(shí)施普通家庭自用充電設(shè)施的建設(shè)流程、充電費(fèi)用、財政補(bǔ)貼等政策。家庭電樁的普及率將得到很大提高。建立以互聯(lián)網(wǎng)連接下的用戶共享電樁服務(wù)系統(tǒng),即家庭充電設(shè)施共享與收費(fèi)一體化,確立利益平衡點(diǎn),勢必會推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)向前邁上一大步。
(1)由于電動汽車價格與同類燃油汽車相比無明顯優(yōu)勢,目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展還未形成規(guī)模,仍處于示范推廣階段。
(2)新能源汽車充電建設(shè)缺乏明確導(dǎo)向和整體布局,現(xiàn)狀發(fā)展以政府和個別企業(yè)摸索、嘗試為主,還沒有形成可以指導(dǎo)未來發(fā)展的整體規(guī)劃布局。
(3)在私人充電樁安裝方面,存在部分需要電網(wǎng)改造升級、物業(yè)刁難、充電樁的安全管理、沒有個人固定停車位等諸多細(xì)節(jié)問題;在公共充電樁領(lǐng)域,服務(wù)水平較低,又因?yàn)殡妱榆嚵啃∵h(yuǎn)達(dá)不到盈虧平衡點(diǎn),社會資本雖躍躍欲試,但不敢輕易介入,國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)亦不敢大規(guī)模投入。
(4)充電樁的利用率有待提高。在眾多公共充電停車位上,我們看到的,可能不是電動汽車在充電,而是停車位被非電動汽車所占據(jù),充電位被當(dāng)作普通停車位來對待;而就公布的公共充電樁信息來看,有相當(dāng)一部分是不對全部電動汽車用戶開放的,4s店對外來品牌的封鎖,以及諸如收取停車費(fèi)等其他附件條件的產(chǎn)生,大大限制了用戶使用公共充電樁的熱情。
(5)充電服務(wù)信息的更新慢。眾多充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)咨詢平臺競相上線,但現(xiàn)階段信息的查詢也僅局限在充電樁分布與位置信息共享上,諸如充電預(yù)約,充電樁狀態(tài)查詢,網(wǎng)上交易等功能,都還在進(jìn)一步完善中。
伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+新能源”的發(fā)展,將加快電能在產(chǎn)生和終端消費(fèi)中對其他形式能源的替代,驅(qū)動能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。電樁網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)逐步開展,最終形成區(qū)域內(nèi)電動汽車充電業(yè)務(wù)及功能的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)電動汽車充電樁統(tǒng)一化管理。
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