摘要：近年來(lái),新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量快速增長(cháng),相應的充電樁數量也急劇增加,這一現象可能會(huì )給電網(wǎng)和變壓器造成負擔,與此同時(shí)，新型電力系統下以光伏為主的分布式發(fā)電系統占比也在逐漸提高，新能源的不穩定性疊加充電需求的不確定性會(huì )給電網(wǎng)帶來(lái)嚴峻的挑戰。本文主要介紹基于新型電力系統下的有序充電管理系統的解決方案，這種有序充電方案能夠充分利用新能源，降低電網(wǎng)波動(dòng),從而幫助充電樁運營(yíng)管理單位降低建設和運營(yíng)成本，還可以提高電網(wǎng)運行穩定性。

1 有序充電管理系統建設的必要性

截至2024年6月底，?全國新能源汽車(chē)保有量達2472萬(wàn)輛，根據中國充電聯(lián)盟數據，截止2024年4月，全國充電基礎設施累計數量為961.3萬(wàn)臺，這些數據不僅展示了中國新能源汽車(chē)市場(chǎng)的蓬勃生機，也預示著(zhù)電動(dòng)出行時(shí)代正在加速到來(lái)。與此同時(shí)，截至2024年3月底，全國可再生能源裝機達到15.85億千瓦，約占我國總裝機的52.9%。

新能源發(fā)電性能受天氣影響波動(dòng)比較大，新能源汽車(chē)充電需求也具有較大的不確定性，兩個(gè)Debuff疊加之下的電力系統就太難了。在這種情況下通過(guò)系統來(lái)預測新能源發(fā)電和負荷需求，并通過(guò)合理的新能源光、儲調控和充電需求引導控制，不僅可以促進(jìn)新能源消納，還可以提高電力系統的穩定性，更能降低用戶(hù)充電能本。

圖1 有序充電管理系統示意圖

2 有序充電系統的建設

有序充電系統由預測算法、能量管理策略、有序充電策略和充電樁運營(yíng)管理系統等構成。預測算法包括光伏發(fā)電預測和負荷預測，是利用歷史數據對未來(lái) 24 小時(shí)至72小時(shí)的光伏發(fā)電和負荷需求進(jìn)行預測，主要目的是為能量管理系統和有序充電策略提供未來(lái)時(shí)間的可用負荷容量和能量管理策略。通過(guò)對儲能裝置的充放電調控和引導充電需求，實(shí)現負荷的削峰填谷，提高電網(wǎng)運行穩定性，降低充電成本，通過(guò)以上算法和軟件構成的一體化充電服務(wù)體系來(lái)提高運營(yíng)競爭力。

圖2 有序充電管理系統功能模塊

嘉定是上海汽車(chē)產(chǎn)業(yè)聚集地，嘉定供電公司與國網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)有限公司合作開(kāi)展智慧充放電示范試點(diǎn)項目，應用有序充電技術(shù)，統籌協(xié)調電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)電力電量平衡，有效地提高電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)協(xié)調運行的有序性、可靠性、經(jīng)濟性，實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)、儲能、分布式電源等新型用能設備的數據感知、采集和控制，統一協(xié)調，有序運行。智慧有序充電建設通過(guò)對用戶(hù)充電行為、用能行為的靈活引導與主動(dòng)調控，降低配變峰值負荷超過(guò)30%，將80%充電量?jì)?yōu)化調整到了配變負荷低谷時(shí)段，使配變接納充電樁能力提高4倍，顯著(zhù)提升配電網(wǎng)資源利用率，實(shí)現削峰填谷。

圖3 有序充電管理解決方案

3 安科瑞有序充電系統解決方案

3.1 預測算法

光伏發(fā)電功率預測系統通過(guò)采集數值天氣預報數據、實(shí)時(shí)環(huán)境氣象數據、光伏電站實(shí)時(shí)輸出功率數據、光伏組件運行狀態(tài)等信息，結合相關(guān)算法模型，實(shí)現短期功率預測（預測光伏電站未來(lái)0h-72h的光伏輸出功率，時(shí)間分辨率為15min）、超短期功率預測（預測未來(lái)15min-4h的光伏輸出功率，時(shí)間分辨率為15min）功能。負荷預測根據歷史負荷數據，結合生產(chǎn)計劃、天氣等因素預測下一個(gè)周期的負荷需求，協(xié)助安排能源計劃和控制策略。

系統結合光伏發(fā)電預測和負荷預測數據計算充電可用容量，結合充電歷史特點(diǎn)對儲能進(jìn)行充放電控制，或調整電動(dòng)汽車(chē)充電功率、價(jià)格進(jìn)行調控，提高系統穩定性的同時(shí)降低充電成本。

圖4 光功率預測

3.1 能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調分配技術(shù)，基于在通用設計平臺和運行環(huán)境上開(kāi)發(fā)能量協(xié)調控制策略，實(shí)現配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動(dòng)融合和靈活調配。系統在保障變壓器安全運行前提下進(jìn)行優(yōu)化調控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時(shí)柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動(dòng)。同時(shí)在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過(guò)調節光伏發(fā)電、儲能充電、調節充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖5 能量管理策略

3.3 有序充電

有序充電策略主要根據負荷允許容量變化來(lái)進(jìn)行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權限優(yōu)先等策略，保障電網(wǎng)運行穩定。系統實(shí)時(shí)監測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結合充電需求和儲能系統放電容量對充電進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，包括：用戶(hù)權限識別、充電行為統計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調整充電價(jià)格等方式來(lái)引導用戶(hù)充電需求，培養用戶(hù)充電習慣，提高電網(wǎng)對充電的友好度和容納能力。

圖6 有序充電管理

3.4 充電運營(yíng)管理

安科瑞充電運營(yíng)管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監控、收益分析等功能。

圖7 充電運營(yíng)管理

4 充電樁設備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設計，單樁最大充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁最大電流250A，滿(mǎn)足用戶(hù)快速充電需求。

圖8 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁

除了分體式充電樁外，公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁，滿(mǎn)足各種場(chǎng)合的充電要求。

充電樁產(chǎn)品符合NB/T 11305.2-2023《電動(dòng)汽車(chē)充放電雙向互動(dòng) 第2 部分:有序充電》要求，有序充電管理系統、有序充電設備、用戶(hù)交互功能、系統響應時(shí)間等均滿(mǎn)足有序充電的要求。