李建克 張然

摘 要：目前我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的部分小區(qū)已經(jīng)形成了規(guī)?；潆娦枨蟆Ｒ?guī)?；妱?dòng)汽車無序充電會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)，并會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車充電需求無法及時(shí)滿足。因此通過有序充電控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷與配電網(wǎng)供電能力相匹配，可保障電動(dòng)汽車電能供給和電網(wǎng)運(yùn)行安全，提升電網(wǎng)設(shè)備利用率，促進(jìn)清潔能源消納。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;有序充電;充電策略

隨著近幾年國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的大力扶持，充電設(shè)施行業(yè)也同步得到了快速發(fā)展，大量充電樁被安裝到商場(chǎng)、寫字樓、居民區(qū)等停車場(chǎng)。充電設(shè)備接入電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷和電能質(zhì)量的影響以及如何減少其負(fù)面影響，已成為本行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，而有序充電的概念隨之產(chǎn)生。

1 有序充電系統(tǒng)定位和建設(shè)目標(biāo)

從電網(wǎng)角度講，有序充電指在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提下，運(yùn)用實(shí)際有效地經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，使負(fù)荷曲線方差較小，減少配網(wǎng)容量建設(shè)，保證電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的有序充電，首先是電動(dòng)汽車充電設(shè)備接入，并支持對(duì)充電設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)行控制和運(yùn)營(yíng)管理，在此基礎(chǔ)上通過平臺(tái)下發(fā)有序策略實(shí)現(xiàn)充電樁有序充電控制。有序充電系統(tǒng)的建設(shè)目的，是防止無序充電導(dǎo)致配電系統(tǒng)過載，同時(shí)讓用戶盡可能低谷充電，便宜充電;對(duì)電網(wǎng)公司來講，是支持削峰填谷，減少配網(wǎng)投資，提升負(fù)荷柔性;對(duì)公共社會(huì)來講，可以助推電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，消納清潔能源，減少充電設(shè)施占地。

2 有序充電系統(tǒng)功能及架構(gòu)

2.1 硬件架構(gòu)

有序充電系統(tǒng)依托有序控制終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶側(cè)充換電設(shè)施、儲(chǔ)能等設(shè)備的統(tǒng)一信息采集與遠(yuǎn)方調(diào)控，建成客戶側(cè)能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心、管理中樞和業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺(tái)，為各類客戶端應(yīng)用服務(wù)商提供運(yùn)行環(huán)境，為節(jié)能與能效、數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘等業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐，是有序充電系統(tǒng)的重要組成部分。

有序控制終端設(shè)計(jì)為具備信息數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、通信、策略執(zhí)行、臺(tái)區(qū)策略制定等功能的新型集中器。作為有序充電策略緩存或策略生成的主要設(shè)備，除具備原有集中器功能外，新增有序充電策略生成、有序充電策略轉(zhuǎn)發(fā)、臺(tái)區(qū)信息采集及臺(tái)區(qū)識(shí)別等功能?？山邮掌脚_(tái)的有序充電策略，經(jīng)判斷后下發(fā)給有序執(zhí)行終端，實(shí)現(xiàn)有序充電控制，同時(shí)亦可接收云平臺(tái)制定的臺(tái)區(qū)日前充電負(fù)荷規(guī)劃，并根據(jù)當(dāng)前臺(tái)區(qū)信息和臺(tái)區(qū)下各充電樁充電情況形成臺(tái)區(qū)當(dāng)?shù)氐某潆姴呗?，管理充電樁有序充電資源分配。在超過配變安全運(yùn)行閾值時(shí)調(diào)整或中斷部分充電負(fù)荷。

有序充電樁內(nèi)應(yīng)同步配備有序執(zhí)行終端，具備有序充電本地操作及控制、預(yù)約充電申請(qǐng)、充電保護(hù)等功能。作為有序充電策略的執(zhí)行設(shè)備，接收并存儲(chǔ)來自控制終端或有序充電管理平臺(tái)的充電計(jì)劃，通過給充電樁下達(dá)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充電的實(shí)時(shí)功率調(diào)節(jié)或控制，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車有序充電。

2.2 通訊架構(gòu)

有序充電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)分成有序控制終端與平臺(tái)信息交互網(wǎng)絡(luò)、本地設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)、有序執(zhí)行終端與平臺(tái)信息交互網(wǎng)絡(luò)三層網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行終端充電控制通信、APP人機(jī)交互通信兩種通信通道。其中有序控制終端與有序充電服務(wù)平臺(tái)通信方式采用4G/5G無線專網(wǎng)方式;有序控制終端與有序執(zhí)行終端通信方式采用載波、無線或雙模通信方式組網(wǎng)，以適應(yīng)不同應(yīng)用區(qū)域和應(yīng)用環(huán)境;有序執(zhí)行終端與用能設(shè)備通信方式采用CAN或485模式;用戶手機(jī)APP與有序充電服務(wù)平臺(tái)通信方式采用4G/5G無線互聯(lián)網(wǎng)方式，與有序執(zhí)行終端間采用藍(lán)牙本地通訊方式;充電樁與電動(dòng)汽車之間通信方式采用PWM跟隨通信方式。

3 有序充電業(yè)務(wù)場(chǎng)景

當(dāng)用戶進(jìn)行電動(dòng)汽車充電時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)獲取用戶當(dāng)前SOC、目標(biāo)SOC、用車時(shí)間等信息，并根據(jù)獲取的需求信息進(jìn)行相關(guān)控制策略分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行控制調(diào)度安排。調(diào)度方式可分為計(jì)劃調(diào)度和實(shí)時(shí)調(diào)度，計(jì)劃調(diào)度的場(chǎng)景包括盡量?jī)?yōu)先安排谷段充電，預(yù)測(cè)容量充足，則滿功率調(diào)度安排，預(yù)測(cè)容量不足，則保證用戶充電需求前提下，則減載調(diào)度安排;預(yù)測(cè)谷段不能滿足充電需求（含容量、用車時(shí)間），峰段盡早補(bǔ)充空缺;跟蹤一段周期內(nèi)，占滿谷段，拉平峰段，仍不滿足臺(tái)區(qū)內(nèi)充電需求，建議評(píng)估擴(kuò)容。實(shí)時(shí)調(diào)度場(chǎng)景包括監(jiān)測(cè)容量不足時(shí)，充電功率等比分?jǐn)?，可減至最小功率，監(jiān)測(cè)容量充足時(shí)，提升到額定功率充電;監(jiān)測(cè)容量嚴(yán)重不足，最小功率充電，若仍不能保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，依序切除后來充電負(fù)荷，監(jiān)測(cè)容量充裕時(shí)，恢復(fù)先來充電負(fù)荷。

正常狀態(tài)下有序充電場(chǎng)景：（1）充電臺(tái)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的有序控制終端實(shí)時(shí)采集各充電樁運(yùn)行狀態(tài)和變壓器運(yùn)行功率（10～15秒），并向云端有序充電服務(wù)平臺(tái)周期上傳;（2）云端有序充電服務(wù)基于臺(tái)區(qū)配變和充電狀態(tài)，進(jìn)行周期滾動(dòng)優(yōu)化調(diào)度（5～15分鐘），并將充電計(jì)劃下發(fā)給控制終端;（3）有序控制終端接受到充電計(jì)劃后，通過向執(zhí)行終端下發(fā)充電功率設(shè)定值，最終通過PWM控制車輛充電功率。

配變運(yùn)行越限時(shí)有序充電場(chǎng)景：（1）有序控制終端在感知到配變?cè)较逘顟B(tài)后，立即在既有充電計(jì)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行越限緊急控制;（2）云端有序充電服務(wù)平臺(tái)在其周期滾動(dòng)計(jì)劃制定過程中，考慮配變?cè)较抟蛩?，向有序控制終端更新充電計(jì)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

本文著重分析了電動(dòng)汽車有序充電系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)架和業(yè)務(wù)場(chǎng)景。發(fā)展研究有序充電，是目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。隨著電動(dòng)汽車越來越普及，規(guī)?；行虺潆姷膯栴}亟待解決。通過發(fā)展建設(shè)有序充電系統(tǒng)，可將電動(dòng)汽車充電負(fù)荷合理地引導(dǎo)到非電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段充電，降低用戶的充電成本，有效提高電網(wǎng)接入充電設(shè)施的能力，滿足更多的電動(dòng)汽車充電需求，保障電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：李建克（1984-），男，漢族，江蘇南京人，工學(xué)學(xué)士，本科，工程師，從事電動(dòng)汽車充電設(shè)施技術(shù)研究;張然（1984-），男，漢族，江蘇南京人，工學(xué)學(xué)士，本科，工程師，從事電動(dòng)汽車充放電技術(shù)研究。