淺談多目標(biāo)優(yōu)化約束條件下充電設(shè)施有序充電控制策略

安科瑞 陳聰

摘要：在全球能源危機(jī)爆發(fā)和氣候環(huán)境惡劣變化的大背景下，新能源汽車越來(lái)越受到人們的歡迎，很多國(guó)家都制定了以電代油的綠色交通政策。但是隨著電動(dòng)汽車數(shù)量不斷增多，其大規(guī)模充電對(duì)電網(wǎng)造成的影響可能超過(guò)常規(guī)家電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)造成的影響。因用戶充電習(xí)慣的不同，電動(dòng)汽車的充電具有隨機(jī)性和不確定性的特點(diǎn)，但有序充電控制能降低電動(dòng)汽車充電造成的不利影響，甚至可以將電動(dòng)汽車充電看作是吸收新能源的途徑。光伏發(fā)電是一種清潔能源，近年來(lái)受國(guó)家政策的鼓勵(lì)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。然而，光伏發(fā)電強(qiáng)間歇性和不穩(wěn)定性的特征，使得光伏并網(wǎng)存在很大的問(wèn)題，出現(xiàn)了嚴(yán)重的限電現(xiàn)象。如果能利用電動(dòng)汽車充電的新負(fù)荷吸收光伏等新能源的輸出，就可以同時(shí)解決上述電動(dòng)汽車充電以及光伏發(fā)電中存在的問(wèn)題。因此，研究電動(dòng)汽車有序充電控制策略，對(duì)于吸收新能源、緩解電網(wǎng)壓力，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；可再生能源；儲(chǔ)能電池；能量控制策略

引言

隨著電動(dòng)汽車的普及，充電設(shè)施的需求日益增長(zhǎng)，如何在多目標(biāo)優(yōu)化約束下實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施的有序充電成為亟待解決的問(wèn)題。

新能源汽車的快速發(fā)展為清潔能源和可持續(xù)交通帶來(lái)了新機(jī)遇，但也引出了許多問(wèn)題。其中，充電設(shè)施的有序充電控制策略在多目標(biāo)優(yōu)化約束條件下顯得尤為重要。

隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的迅速增加，其對(duì)電力系統(tǒng)的影響日益顯著。一方面，電動(dòng)汽車的充電需求劇增，電網(wǎng)負(fù)荷。電動(dòng)汽車的充電需求主要體現(xiàn)在數(shù)量增長(zhǎng)和充電時(shí)間延長(zhǎng)兩個(gè)方面。數(shù)量上，電動(dòng)汽車作為新興交通工具，正以的速度增長(zhǎng)，已成為主流交通工具之一。充電時(shí)間方面，由于電動(dòng)汽車電池容量較大，充滿一次電往往需要數(shù)小時(shí)。這兩個(gè)因素共同作用，使得充電設(shè)施的負(fù)荷越來(lái)越大，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行需要在穩(wěn)定的負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行，負(fù)荷過(guò)大可能導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓和頻率波動(dòng)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備造成損害，縮短設(shè)備使用壽命。

另一方面，充電成本面臨上漲壓力。隨著電動(dòng)汽車的普及，充電需求的激增不僅對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，還可能引發(fā)充電成本上升。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，可能需要投入更多資源進(jìn)行擴(kuò)容或升級(jí)，這些額外成本可能轉(zhuǎn)嫁到消費(fèi)者身上，表現(xiàn)為充電價(jià)格上漲。此外，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量增加，電網(wǎng)負(fù)荷相應(yīng)增加，這就需要在電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)階段考慮電動(dòng)汽車充電需求，預(yù)留足夠容量。然而，這樣的預(yù)留可能導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)初期投資增加，進(jìn)而影響充電價(jià)格。

原本吸引車主的低用車成本優(yōu)勢(shì)正逐步減弱，相對(duì)降低了新能源汽車的吸引力。充電成本的上漲已成為購(gòu)買新能源汽車時(shí)考慮的因素。在購(gòu)買新能源汽車時(shí)，我們需要權(quán)衡各方面因素，以確保自己的投資能夠得到合理的回報(bào)。

有序充電策略研究的背景和意義

隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，對(duì)充電設(shè)施有序充電控制策略的研究具有重要意義。

2.1提高充電設(shè)施利用效率

目前，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的迅速增加，充電設(shè)施的負(fù)荷越來(lái)越大，通過(guò)有序充電控制策略，可以合理分配充電時(shí)間和功率，提高充電樁的利用率，避免資源浪費(fèi)。例如，智能充電管理系統(tǒng)可以利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)負(fù)荷，智能調(diào)度充電過(guò)程，使充電設(shè)施在不同時(shí)間段得到更有效的利用。

共享充電樁的建設(shè)成本較低，可以在各種場(chǎng)所進(jìn)行布置，如商業(yè)街區(qū)、社區(qū)、公共停車場(chǎng)等。通過(guò)有序充電管理，可以提高共享充電樁的使用效率，為車主提供更加便捷、可靠、靈活的充電服務(wù)。

2.2保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行

無(wú)序充電會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)在某些時(shí)段出現(xiàn)負(fù)荷高峰，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。而有序充電則通過(guò)智能調(diào)度，在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)段安排充電，平滑負(fù)荷曲線，避免“峰上加峰”，減輕電網(wǎng)壓力。例如，國(guó)家能源局印發(fā)的《配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)實(shí)施方案（2024—2027年）》提出，建設(shè)一批滿足新型主體接入的項(xiàng)目，結(jié)合分布式新能源的資源條件、開發(fā)布局和投產(chǎn)時(shí)序，有針對(duì)性加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)，提高配電網(wǎng)對(duì)分布式新能源的接納、配置和調(diào)控能力，滿足電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的用電需求。

有序充電有助于控制局部區(qū)域的充電功率，防止因集中充電導(dǎo)致的電壓下降，維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。同時(shí)，通過(guò)減少負(fù)荷高峰期的充電活動(dòng)，有序充電可以降低輸電和配電線路的損耗，提高電網(wǎng)整體效率。

2.3促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

隨著充電成本的上漲，新能源汽車的吸引力相對(duì)降低。通過(guò)有序充電控制策略，可以降低充電成本，提高新能源汽車的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，多時(shí)段動(dòng)態(tài)充電價(jià)格可以通過(guò)調(diào)整不同時(shí)間段的充電費(fèi)用，激勵(lì)用戶在低電價(jià)時(shí)段充電，從而引導(dǎo)充電行為。

有序充電管理對(duì)于緩解電網(wǎng)壓力、保障供電質(zhì)量、促進(jìn)新能源消納及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和政策支持，可以有效推動(dòng)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的和諧共生，為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。

3.多目標(biāo)優(yōu)化約束下充電設(shè)施有序充電控制策略的現(xiàn)狀分析

3.1國(guó)外研究進(jìn)展

目前，國(guó)外在多目標(biāo)優(yōu)化約束下充電設(shè)施有序充電控制策略方面取得了一些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和研究成果。例如，一些國(guó)家通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的充電管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)汽車充電的有效控制和優(yōu)化。他們利用大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)荷和電動(dòng)汽車充電需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電功率和時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行、降低充電成本和提高充電設(shè)施利用效率的目的。此外，國(guó)外還在研究新型的充電技術(shù)和設(shè)備，如無(wú)線充電、快速充電等，以滿足不同用戶的需求。

3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)，隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，相關(guān)研究也在不斷深入。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者和企業(yè)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

電網(wǎng)優(yōu)化方面：研究如何通過(guò)有序充電控制策略，降低電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，通過(guò)分時(shí)電價(jià)、功率調(diào)節(jié)等手段，引導(dǎo)用戶在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)段充電，平滑負(fù)荷曲線。

用戶需求滿足方面：關(guān)注用戶的充電時(shí)間、充電電量等需求，研究如何提供更加便捷、的充電服務(wù)。例如，建設(shè)更多的快充站和慢充站，滿足不同用戶的充電需求；通過(guò)智能充電管理系統(tǒng)，為用戶提供個(gè)性化的充電方案。

充電設(shè)施規(guī)劃方面：考慮未來(lái)電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，合理規(guī)劃充電設(shè)施的布局和數(shù)量。例如，根據(jù)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車的保有量、充電需求等因素，進(jìn)行充電樁的布局和規(guī)劃，提高充電樁的利用率。

然而，國(guó)內(nèi)研究也存在一些問(wèn)題，如：

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：目前國(guó)內(nèi)充電設(shè)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還不夠統(tǒng)一，不同廠家的充電設(shè)備兼容性較差，影響了充電設(shè)施的互聯(lián)互通和有序充電控制策略的實(shí)施。

用戶參與度不高：雖然分時(shí)電價(jià)等政策可以引導(dǎo)用戶有序充電，但目前用戶的參與度還不高，部分用戶對(duì)有序充電的認(rèn)識(shí)不足，缺乏主動(dòng)參與的積極性。

協(xié)同管理難度大：充電設(shè)施有序充電涉及到電網(wǎng)、用戶、充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)商等多個(gè)主體，協(xié)同管理難度較大。目前，各主體之間的信息共享和協(xié)調(diào)機(jī)制還不夠完善，影響了有序充電控制策略的效果。

3.3現(xiàn)有控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)

目前已有的充電設(shè)施有序充電控制策略主要包括分時(shí)電價(jià)策略、智能充電管理系統(tǒng)以及雙層優(yōu)化目標(biāo)下的有序充電策略等，這些策略在提高充電設(shè)施利用效率、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，但同時(shí)也存在一些不足之處。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)助力有序充電開展

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(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。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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

總結(jié)

本文針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化約束下充電設(shè)施有序充電控制策略進(jìn)行了深入研究，從多目標(biāo)優(yōu)化約束下充電設(shè)施有序充電控制策略的現(xiàn)狀得到分析

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外在多目標(biāo)優(yōu)化約束下充電設(shè)施有序充電控制策略方面取得了一些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，如通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的充電管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)汽車充電的有效控制和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)學(xué)者和企業(yè)主要從電網(wǎng)優(yōu)化、用戶需求滿足、充電設(shè)施規(guī)劃等方面進(jìn)行研究。

現(xiàn)有控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)：現(xiàn)有控制策略主要包括分時(shí)電價(jià)策略、智能充電管理系統(tǒng)以及雙層優(yōu)化目標(biāo)下的有序充電策略等。這些策略在提高充電設(shè)施利用效率、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，但同時(shí)也存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、用戶參與度不高、協(xié)同管理難度大等不足之處。

參考文獻(xiàn)：

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