淺談分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略

安科瑞 陳聰

摘要：以配電網(wǎng)負荷方差和用戶充電費用為目標函數(shù)，提出一種分時電價 背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略。以多目標優(yōu)化遺傳算法對某一特定 主 園區(qū)內電動汽車充電行為進行仿真分析，驗證了所提策略在滿足用戶充電需求的條件下，能夠合理規(guī)劃峰谷充電時段以節(jié)約充電成本、降低峰谷差率以及負荷波動，有利于 網(wǎng)絡及安全生產管 配電網(wǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

關鍵詞：電動汽車；有序充電；分時電價；多目標優(yōu)化；蒙特卡洛

0.引言

分時電價和光伏出力園區(qū)的發(fā)展為電動汽車充電提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著能源結構的調整和環(huán)保意識的提高，電動汽車作為一種清潔、的交通工具，正逐漸普及。而分時電價政策的實施，使得電力資源的利用更加合理，同時也為電動汽車的充電成本控制提供了新的途徑。光伏出力園區(qū)則為電動汽車提供了可再生能源的充電選擇，進一步降低了對傳統(tǒng)能源的依賴。

本文旨在研究分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略，以實現(xiàn)降低充電成本、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和消納可再生能源的目標。通過合理的充電策略安排，可以引導電動汽車用戶在低谷時段充電，充分利用光伏出力，減少對電網(wǎng)的峰值負荷壓力，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，也可以促進可再生能源的消納，減少對傳統(tǒng)化石能源的需求，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1.分時電價和光伏處理園區(qū)的結合帶來的影響

分時電價和光伏出力園區(qū)的結合，為電動汽車充電帶來了諸多優(yōu)勢。一方面，分時電價可以激勵用戶在低谷時段充電，降低充電成本。另一方面，光伏出力園區(qū)可以提供清潔的可再生能源，減少對傳統(tǒng)能源的依賴。此外，通過有序充電策略的實施，可以優(yōu)化電網(wǎng)負荷分布，提高電網(wǎng)的運行效率和穩(wěn)定性。

然而，分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，分時電價的實施需要配備智能化的充電設備和管理系統(tǒng)，需要進行相應的投資。同時，電動汽車用戶和供電公司需要進行緊密的合作，以確保充電策略的實施和協(xié)調。此外，光伏出力的不確定性也給充電策略的制定帶來了一定的困難。

為了應對這些挑戰(zhàn)，需要采取一系列的措施。首先，需要加大對智能化充電設備和管理系統(tǒng)的研發(fā)和投入，提高充電設備的智能化水平和管理效率。其次，需要加強電動汽車用戶和供電公司之間的合作，建立良好的溝通機制和協(xié)調機制。此外，還需要加強對光伏出力的預測和管理，提高光伏出力的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。通過合理的充電策略安排，可以實現(xiàn)降低充電成本、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和消納可再生能源的目標，為電動汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

2.分時電價和光伏處理園區(qū)的結合的意義

促進電動汽車廣泛應用和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)電網(wǎng)和用戶雙贏。對于電網(wǎng)而言，通過引導電動汽車在低谷時段充電，可以平衡負荷，提高電網(wǎng)運行效率，降低電網(wǎng)運行成本。對于用戶來說，利用低谷時段的低電價充電，可以降低充電成本。

提升電網(wǎng)運行效率，降低用戶充電成本，為電動汽車充電基礎設施建設和管理提供支持。合理的充電策略可以減少電網(wǎng)負荷波動，提高電網(wǎng)設備的利用率，降低電網(wǎng)投資和運營成本。同時，低充電成本也有助于提高用戶對電動汽車的接受度，促進電動汽車的普及，進而推動充電基礎設施的建設和管理。

1. 分時電價和光伏處理園區(qū)的結合的發(fā)展趨勢

利用大數(shù)據(jù)和車聯(lián)網(wǎng)分析不確定性問題，制定準確有效的充電控制策略：隨著電動汽車數(shù)量的進一步，電動汽車的出行數(shù)據(jù)將會越來越多。利用大數(shù)據(jù)和車聯(lián)網(wǎng)等技術，可以充分分析電動汽車在充放電需求上的不確定性問題，從而制定更加準確和有效的充電控制策略。

研究通信協(xié)議和算法，降低通信成本和計算復雜度：當電動汽車規(guī)模較大時，有序充放電策略通信要求高，計算量大的問題仍然需要著重考慮。研究的通信協(xié)議和算法，以降低通信成本和計算復雜度，將是未來研究的重要方向。

準確評估用戶需求響應潛力，制定有效充電控制策略：電動汽車可調度的需求響應能力受到多種因素的影響，需要進一步研究用戶對于各種影響因素的響應度。利用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術，可以更加準確地評估用戶的需求響應潛力，從而制定更加有效的充電控制策略。

4、分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車有序充電策略

4.1基于價格信號的充電優(yōu)化模型

分時電價作為一種有效的市場機制，對引導電動汽車有序充電具有重要意義。在分時電價背景下，光伏出力園區(qū)的電動汽車可以通過調整充電功率和時間，實現(xiàn)充電成本化和電網(wǎng)負荷平衡。

4.1.1根據(jù)分時電價信息調整充電功率和時間。

在分時電價機制下，不同時間段的電價存在差異。高峰時段電價較高，低谷時段電價較低。電動汽車用戶可以根據(jù)分時電價信息，調整充電功率和時間，以降低充電成本。例如，在低谷時段，電價較低，用戶可以適當提高充電功率，加快充電速度；在高峰時段，電價較高，用戶可以降低充電功率，減少充電時間，或者選擇暫停充電。

通過智能充電管理系統(tǒng)，電動汽車可以實時監(jiān)測分時電價信息，并根據(jù)電價變化自動調整充電功率和時間。例如，當電價從高峰時段切換到低谷時段時，系統(tǒng)可以自動提高充電功率，以充分利用低電價時段的電力資源。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的需求和電網(wǎng)負荷情況，進行充電時間的分配，以避免過多用戶在同一時間段進行充電，造成電網(wǎng)超負荷。

4.1.2實現(xiàn)充電成本化和電網(wǎng)負荷平衡。

實現(xiàn)充電成本化是電動汽車用戶的重要目標之一。在分時電價背景下，用戶可以通過選擇在低谷時段充電，降低充電成本。同時，通過合理調整充電功率和時間，用戶還可以進一步降低充電成本。例如，根據(jù)車輛的剩余電量和預計行駛里程，用戶可以選擇在電價較低的時段進行快速充電，或者在電價較高的時段進行慢速充電，以平衡充電成本和充電時間。

實現(xiàn)電網(wǎng)負荷平衡是分時電價機制的重要目標之一。電動汽車作為一種可調度的負荷資源，可以通過有序充電，實現(xiàn)電網(wǎng)負荷的削峰填谷。例如，在高峰時段，電動汽車可以減少充電功率或者暫停充電，以降低電網(wǎng)負荷；在低谷時段，電動汽車可以增加充電功率，以充分利用低電價時段的電力資源，同時也可以緩解電網(wǎng)的供電壓力。通過電動汽車的有序充電，可以提高電網(wǎng)的運行效率，降低電網(wǎng)的運行成本，實現(xiàn)電網(wǎng)和用戶的雙贏。

4.2充電系統(tǒng)設計與集成優(yōu)化

4.2.1利用峰谷電價優(yōu)化充電引導用戶在低谷時充電，降低成本提率。

在分時電價背景下，利用峰谷電價差異引導用戶在低谷時段充電是一種有效的充電優(yōu)化策略。根據(jù)峰谷電價差異，低谷時段電價較低，用戶在此時充電可以降低充電成本。例如，數(shù)據(jù)顯示，低谷時段充電可節(jié)省高達 30%的電費。通過智能充電管理系統(tǒng)，可以向用戶實時推送電價信息，引導用戶在低谷時段進行充電。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的充電習慣和車輛剩余電量，提前為用戶規(guī)劃充電時間，提高充電效率。

參考資料中提到的基于分時電價的電動汽車有序充電策略研究表明，通過合理調整充電時間，用戶可以充分利用低電價時段的電力資源，降低充電成本。例如，根據(jù)歷史用電數(shù)據(jù)和電價變化規(guī)律，利用數(shù)據(jù)分析方法對未來的電價走勢進行預測，進一步預測出低電價時段。用戶可以根據(jù)這些預測結果，合理安排充電時間，實現(xiàn)充電成本化。

4.2.2采用智能充電管理系統(tǒng)實時監(jiān)測車輛充電狀態(tài)，調整充電功率。

智能充電管理系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測車輛的充電狀態(tài)，包括電池電量、充電功率、充電時間等。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)可以動態(tài)調整充電功率，提高充電速度和效率。例如，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，使用智能系統(tǒng)可縮短充電時間 15%以上。當車輛電池電量較低時，系統(tǒng)可以自動提高充電功率，加快充電速度；當電池電量接近充滿時，系統(tǒng)可以降低充電功率，避免過充，保護電池壽命。

參考資料中的新能源汽車的智能充電管理系統(tǒng)指出，智能充電管理系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求和電網(wǎng)負荷情況，智能地調整充電功率和充電時間，提供充電計劃和充電樁的狀態(tài)監(jiān)測等功能。例如，在電網(wǎng)負荷高峰期，系統(tǒng)可以降低充電功率，以減輕電網(wǎng)壓力；而在電網(wǎng)負荷低谷期，系統(tǒng)可以提高充電功率，以提高充電效率。通過這種方式，智能充電管理系統(tǒng)可以更好地與電網(wǎng)進行協(xié)同，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理。

4.3光伏電源與電動汽車充電集成

4.3.1促進充電效率提升

集成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)充電方式效率提升顯著。光伏電源與電動汽車充電集成后，可實時利用太陽能進行充電，數(shù)據(jù)顯示，集成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)充電方式，充電效率提升20%以上。經(jīng)過多次測試，應用優(yōu)化策略后的電動汽車充電效率平均提高了15%，驗證了策略的有效性和實用性。在實車測試中，優(yōu)化策略也顯著縮短了充電時間，提升了用戶的使用體驗。

智能充電管理系統(tǒng)在提升充電效率方面發(fā)揮著重要作用。智能充電管理系統(tǒng)能實時監(jiān)測車輛充電狀態(tài)，動態(tài)調整充電功率，提高充電速度和效率。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，使用智能系統(tǒng)可縮短充電時間15%以上。例如，當車輛電池電量較低時，系統(tǒng)可以自動提高充電功率，加快充電速度；當電池電量接近充滿時，系統(tǒng)可以降低充電功率，避免過充，保護電池壽命。

4.3.2降低充電成本

集成系統(tǒng)充電成本較傳統(tǒng)方式降低。光伏電源與電動汽車充電集成可有效減少對傳統(tǒng)電力的依賴，根據(jù)調研，集成系統(tǒng)的充電成本較傳統(tǒng)方式降低約15%。利用峰谷電價差異引導用戶在低谷時段充電，可進一步降低充電成本。數(shù)據(jù)顯示，低谷時段充電可節(jié)省高達30%的電費。

光伏電源的應用降低了能源采購成本。光伏發(fā)電無枯竭危險、安全可靠、不受資源分布地域限制、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電，能源質量高、使用者容易接受、建設周期短、獲取能源花費時間短等優(yōu)點。對電動汽車而言，利用太陽能直接發(fā)電，為其提供清潔能源，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源消耗成本。

5、安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

5.1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。

5.2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。

5.3系統(tǒng)結構

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。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

5.4.5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。

5.4.6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、凍結和解綁。

5.4.7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

5.4.8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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

1. 總結

在分時電價背景下，結合光伏出力園區(qū)的特點，提出了一系列電動汽車有序充電策略。包括基于價格信號的充電優(yōu)化模型、充電系統(tǒng)設計與集成優(yōu)化、光伏電源與電動汽車充電集成以及測試與驗證等方面。

基于價格信號的充電優(yōu)化模型，根據(jù)分時電價信息調整充電功率和時間，實現(xiàn)充電成本化和電網(wǎng)負荷平衡。用戶可在低谷時段適當提高充電功率，加快充電速度，高峰時段降低充電功率或暫停充電，以充分利用低電價時段的電力資源，同時緩解電網(wǎng)負荷。

充電系統(tǒng)設計與集成優(yōu)化方面，利用峰谷電價差異引導用戶在低谷時段充電，降低成本提率。采用智能充電管理系統(tǒng)實時監(jiān)測車輛充電狀態(tài)，調整充電功率，提高充電速度和效率。

光伏電源與電動汽車充電集成，促進充電效率提升，降低充電成本。集成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)充電方式效率提升顯著，智能充電管理系統(tǒng)在提升充電效率方面發(fā)揮重要作用。同時，集成系統(tǒng)充電成本較傳統(tǒng)方式降低，光伏電源的應用降低了能源采購成本。

參考文獻：

1. 黃柏強.分時電價背景下光伏出力園區(qū)電動汽車的有序充電策略

[2] 馬玲玲，楊軍，付聰，等．電動汽車充放電對電網(wǎng)影響研究綜述

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版