簡(jiǎn)婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

   近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)售量和保有量持續(xù)大幅上升。2024 年上半年，海南、浙江、廣西新能源汽車(chē)銷(xiāo)售滲透率超過(guò) 50%，廣東、江蘇等 12 省市滲透率超過(guò) 40%。預(yù)計(jì) 2025 年全國(guó)新能源汽車(chē)保有量將超過(guò) 4000 萬(wàn)輛，2030 年保有量將超過(guò) 8000 萬(wàn)輛。如此大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)，如果充電行為無(wú)序，將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響。

   電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷具有隨機(jī)性和集中性特點(diǎn)，如果大量電動(dòng)汽車(chē)在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段同時(shí)充電，會(huì)使電網(wǎng)負(fù)荷曲線峰谷差進(jìn)一步拉大，可能導(dǎo)致配電網(wǎng)線路過(guò)載、電壓跌落、配電網(wǎng)損耗增加、配電變壓器過(guò)載等問(wèn)題，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)負(fù)擔(dān)。

   在能源及環(huán)境壓力下，對(duì)可再生清潔能源的利用已成為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的確定趨勢(shì)。電動(dòng)汽車(chē)作為可移動(dòng)的儲(chǔ)能單元，與電網(wǎng)的互動(dòng)可納入需求響應(yīng)的研究范疇，通過(guò)有序充電，可以更好地利用電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)能特性，促進(jìn)可再生能源的消納，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)向清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型。

一、無(wú)序充電存在危害

1電網(wǎng)負(fù)荷失衡

   峰谷差增大：大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電，會(huì)使電網(wǎng)負(fù)荷曲線峰谷差進(jìn)一步拉大。若眾多用戶習(xí)慣在下班回家后（通常是電網(wǎng)用電高峰時(shí)段）立即為電動(dòng)汽車(chē)充電，瞬間涌入的大功率充電需求，會(huì)導(dǎo)致用電高峰負(fù)荷急劇攀升。與低谷時(shí)段的負(fù)荷差距加大，給電網(wǎng)的發(fā)電、輸電和配電帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。例如，在夏季高溫時(shí)段，居民空調(diào)用電本就處于高峰，此時(shí)若大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電，可能使電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到極限，甚至引發(fā)電力供應(yīng)不足。

   電壓波動(dòng)與跌落：無(wú)序充電時(shí)，由于充電功率的隨機(jī)性和集中性，會(huì)造成局部電網(wǎng)電壓波動(dòng)甚至跌落。當(dāng)多個(gè)電動(dòng)汽車(chē)在同一區(qū)域同時(shí)充電，且該區(qū)域電網(wǎng)供電能力有，線路電阻分壓增大，導(dǎo)致末端用戶電壓降低。這不僅影響電動(dòng)汽車(chē)的充電速度和效率，還可能對(duì)周邊其他用電設(shè)備造成損害，如影響家電正常運(yùn)行，縮短其使用壽命。

2電力設(shè)施壽命縮短

   配電變壓器過(guò)載：無(wú)序充電容易使配電變壓器長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)。配電變壓器的設(shè)計(jì)容量是基于一定的負(fù)荷預(yù)測(cè)，如果電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電帶來(lái)的額外負(fù)荷超出其承受能力，變壓器繞組溫度會(huì)升高，加速絕緣老化，降低變壓器使用壽命。頻繁過(guò)載還可能引發(fā)變壓器故障，導(dǎo)致停電事故，影響區(qū)域內(nèi)所有用戶的正常用電。例如，在一些老舊小區(qū)，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱，無(wú)序充電可能使配電變壓器不堪重負(fù)，頻繁出現(xiàn)故障。

   線路損耗增加：無(wú)序充電導(dǎo)致的電流波動(dòng)和過(guò)大電流，會(huì)使輸電線路的電阻損耗增加。根據(jù)焦耳定律，電流通過(guò)電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，電流越大、時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多，損耗也就越大。這不僅增加了能源消耗，還可能使線路溫度過(guò)高，存在火災(zāi)隱患，同時(shí)也縮短了輸電線路的使用壽命，增加了維護(hù)成本。

3能源利用效率降低

   可再生能源消納受阻：在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下，大量可再生能源接入電網(wǎng)。電動(dòng)汽車(chē)作為可移動(dòng)儲(chǔ)能單元，本可通過(guò)有序充電促進(jìn)可再生能源消納。但無(wú)序充電時(shí)，無(wú)法與可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性有效匹配。例如，在風(fēng)力發(fā)電豐富的時(shí)段，若電動(dòng)汽車(chē)不能及時(shí)充電儲(chǔ)存電能，而在其他時(shí)段無(wú)序充電，會(huì)導(dǎo)致大量風(fēng)電無(wú)法被充分利用，只能棄風(fēng)，降低了能源利用效率，不利于能源結(jié)構(gòu)的清潔化轉(zhuǎn)型。

   發(fā)電成本上升：為了應(yīng)對(duì)無(wú)序充電帶來(lái)的負(fù)荷波動(dòng)，電網(wǎng)需要頻繁調(diào)整發(fā)電設(shè)備的出力。這意味著發(fā)電設(shè)備不能在高效穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，增加了發(fā)電成本。例如，火電需要頻繁調(diào)整鍋爐燃燒和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致能源消耗增加、發(fā)電效率降低。長(zhǎng)期來(lái)看，這會(huì)推動(dòng)電價(jià)上升，影響電力市場(chǎng)的穩(wěn)定和用戶的用電成本。

4用戶體驗(yàn)與安全隱患

   充電效率降低：無(wú)序充電時(shí)，由于充電樁使用的隨機(jī)性，可能出現(xiàn)部分充電樁過(guò)度使用，而部分閑置的情況。用戶在高峰時(shí)段充電，可能需要長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等待，降低了充電效率，影響出行計(jì)劃。例如，在商業(yè)中心停車(chē)場(chǎng)，若大量電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電，用戶可能需要等待數(shù)小時(shí)才能充上電，給出行帶來(lái)極大不便。

   電池壽命受損：電動(dòng)汽車(chē)電池在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和功率下充電，可能影響電池壽命。如在高溫環(huán)境下，電池本就處于較為脆弱的狀態(tài)，若此時(shí)無(wú)序充電，過(guò)高的充電電流和溫度可能加速電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池容量衰減加快，降低電池使用壽命，增加用戶更換電池的成本。

   安全風(fēng)險(xiǎn)增加：無(wú)序充電可能導(dǎo)致充電設(shè)備過(guò)載、過(guò)熱，增加火災(zāi)等安全事故的發(fā)生概率。一些質(zhì)量不過(guò)關(guān)的充電設(shè)備，在無(wú)序充電的大電流沖擊下，更容易出現(xiàn)故障，引發(fā)電氣火災(zāi)。例如，部分私自改裝的充電設(shè)備，在無(wú)序充電時(shí)可能因無(wú)法承受電流而短路起火，威脅人身和財(cái)產(chǎn)安全。

04安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)助力有序充電開(kāi)展

4.1概述

   AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)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(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

   適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)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(jì)。

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(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車(chē)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(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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。

4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)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(shí)可接收故障推送

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。

5系統(tǒng)硬件配置

05應(yīng)用場(chǎng)景

5.1城市公共充電站通過(guò)有序充電策略，在高峰時(shí)段限制部分充電功率，確保整體電網(wǎng)負(fù)荷穩(wěn)定。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化充電站的布點(diǎn)規(guī)劃，提高資源利用率。 

5.2商業(yè)綜合體及辦公園區(qū)采用預(yù)約充電+分時(shí)電價(jià)模式，引導(dǎo)用戶在非高峰時(shí)段充電，緩解局部電網(wǎng)壓力。結(jié)合光伏發(fā)電+儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新能源消納，提高經(jīng)濟(jì)效益。 

5.3高速公路服務(wù)區(qū)通過(guò)智能排隊(duì)管理系統(tǒng)，減少排隊(duì)等待時(shí)間，提高充電效率。結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控和告警系統(tǒng)，確保充電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少運(yùn)維成本。

06結(jié)語(yǔ)

   有序充電是提高充電站運(yùn)營(yíng)效率、保障電網(wǎng)穩(wěn)定的重要策略。AcrelCloud9000充電樁云平臺(tái)通過(guò)變壓器負(fù)荷監(jiān)測(cè)、智能調(diào)度、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了充電站的管理。未來(lái)，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大數(shù)據(jù)分析，有序充電將進(jìn)一步優(yōu)化，為新能源汽車(chē)的發(fā)展提供更加智能有效的充電解決方案。