淺談光伏-直流智能充電樁有序充電策略與應(yīng)用效果

安科瑞 劉邁

　　摘要：在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的大背景下，光伏-直流智能充電樁憑借其有效、環(huán)保的特點，正逐漸成為未來充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要發(fā)展方向。本文將深入探討光伏-直流智能充電樁的有序充電策略及其應(yīng)用效果。然而，大量光伏出力和電動汽車充電需求在時間上的不匹配，給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來較大壓力。提出一種光伏直流智能充電樁的有序充電策略，在滿足充電需求的基礎(chǔ)上，減少外網(wǎng)供電，可有效提高光伏自消納能力和負(fù)荷滿足率。

　　關(guān)鍵詞：充電樁；有序充電策略；電動汽車；S2V；直流系統(tǒng)

　　0引言

　　在雙碳目標(biāo)的指引下，以風(fēng)光電為主的可再生能源將被廣泛使用，建筑屋頂光伏是其中的重要組成部分，到2025年，公共機(jī)構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率將達(dá)到50%，以建筑屋頂光伏系統(tǒng)為代表的分布式能源系統(tǒng)也會得到大量應(yīng)用。然而，大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng)可能會對電網(wǎng)的安全運行帶來不利影響，如何有效實現(xiàn)就地消納是亟待研究的問題。同時，電動汽車蓬勃發(fā)展，預(yù)計2030年中國將保有約8000萬輛電動汽車，巨大的充電需求也會對區(qū)域電力系統(tǒng)造成巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，私家電動汽車約有90%以上的時間停放在建筑內(nèi)或周邊停車場，其充電過程與建筑能源系統(tǒng)深度融合。因此，探究電動汽車與建筑光伏的互動方式，并挖掘其對建筑光伏的利用潛力，以有效消納可再生能源，對于降低碳排放有重要意義。

　　2009年，利用太陽能為電動汽車充電（S2V）的概念被提出后，利用停車場的光伏滿足合理范圍內(nèi)的電動汽車通勤電力需求的做法得到驗證，發(fā)表了S2V相關(guān)硬件、經(jīng)濟(jì)性和策略的研究成果。但目前電動汽車的主要充電模式大多為恒功率充電，造成了大量瞬時尖峰負(fù)荷，給電網(wǎng)帶來巨大的壓力。另外，光伏電力的波動性、隨機(jī)性和間歇性等不穩(wěn)定特征，與電力需求側(cè)的負(fù)荷存在較大的不匹配關(guān)系。實際S2V場景中往往需要從電網(wǎng)取電為電動汽車充電，同時又有部分光伏無法消納。因此，設(shè)計一種新的有序充電策略，將電動汽車充電需求與光伏發(fā)電特性相匹配，對于綠電消納十分重要。

　　1.光伏-直流智能充電樁的優(yōu)勢

　　1.1環(huán)保節(jié)能

　　利用太陽能光伏發(fā)電，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放。與傳統(tǒng)交流充電樁相比，直流充電樁充電速度更快，能夠更有效地為電動汽車提供能量。

　　1.2穩(wěn)定可靠

　　光伏系統(tǒng)可以在白天為充電樁提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，減少電網(wǎng)波動對充電過程的影響。同時，智能充電樁具備完善的保護(hù)功能，確保充電安全可靠。

　　1.3成本效益

　　雖然初期投資較高，但長期來看，光伏-直流智能充電樁可以降低運營成本。通過利用太陽能，減少了電費支出，同時提高了充電設(shè)施的利用率。

　　2.有序充電策略

　　2.1智能調(diào)度

　　通過充電樁與電網(wǎng)的通信，實現(xiàn)智能調(diào)度。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況、光伏發(fā)電量以及電動汽車的充電需求，合理安排充電時間和功率，避免高峰時段充電，減輕電網(wǎng)壓力。

　　例如，在電網(wǎng)負(fù)荷較低的時段，如夜間或凌晨，提高充電樁的輸出功率，加快充電速度；而在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時段，降低充電功率或暫停充電，以平衡電網(wǎng)供需。

　　2.2功率控制

　　根據(jù)電動汽車的電池狀態(tài)和充電需求，動態(tài)調(diào)整充電功率。當(dāng)電池電量較低時，采用較大功率充電，以縮短充電時間；當(dāng)電池電量接近充滿時，降低充電功率，保護(hù)電池壽命。

　　此外，還可以通過智能控制算法，實現(xiàn)多輛電動汽車的功率分配，確保每輛車都能在合理的時間內(nèi)完成充電。

　　2.3光伏發(fā)電優(yōu)先利用

　　充分利用光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，優(yōu)先為電動汽車充電。當(dāng)光伏發(fā)電量大于充電需求時，可以將多余的電量存儲起來或回饋電網(wǎng)；當(dāng)光伏發(fā)電量不足時，再從電網(wǎng)獲取電力。

　　這樣不僅可以提高光伏系統(tǒng)的利用率，還能減少對電網(wǎng)的依賴，降低充電成本。

　　3.應(yīng)用效果

　　3.1緩解電網(wǎng)壓力

　　通過有序充電策略，光伏-直流智能充電樁可以在一定程度上緩解電網(wǎng)壓力。避免高峰時段充電，減少了電網(wǎng)負(fù)荷峰值，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　3.2提高充電效率

　　智能調(diào)度和功率控制策略可以根據(jù)電動汽車的實際需求，合理安排充電時間和功率，提高充電效率。同時，直流充電樁的快速充電特性也縮短了用戶的充電時間，提升了用戶體驗。

　　3.3促進(jìn)可再生能源發(fā)展

　　光伏-直流智能充電樁的推廣應(yīng)用，有助于促進(jìn)可再生能源的發(fā)展。增加了太陽能等清潔能源在能源消費中的比重，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

　　3.4降低運營成本

　　利用光伏發(fā)電和有序充電策略，可以降低充電樁的運營成本。減少電費支出，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時也為充電樁運營商帶來更多的商業(yè)機(jī)會。

　　4安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

　　4.1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(shù)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(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。同時對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，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)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

　　4.2應(yīng)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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

　　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)行電能計量和保護(hù)。

　　3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(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)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

　　5）應(yīng)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(shè)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(chǔ)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。

　　4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

　　4.4.1智能化大屏

　　智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(jìn)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(shè)備使用率，合理分配資源。

　　4.4.2實時監(jiān)控

　　實時監(jiān)視充電設(shè)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。

4.4.3交易管理

　　平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(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(jìn)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

　　通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)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。

4.4.6基礎(chǔ)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(shè)施，維護(hù)充電設(shè)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(jié)和解綁。

4.4.7運維APP

　　面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(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

　　5.未來展望

　　隨著電動汽車市場的不斷發(fā)展和可再生能源技術(shù)的進(jìn)步，光伏-直流智能充電樁的應(yīng)用前景廣闊。未來，我們可以期待以下發(fā)展趨勢：

　?。?）技術(shù)創(chuàng)新

　　不斷提升光伏系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，優(yōu)化充電樁的智能控制算法，提高充電速度和安全性。同時，探索新的儲能技術(shù)，實現(xiàn)光伏發(fā)電的有效存儲和利用。

　?。?）政策支持

　　政府部門應(yīng)加大對光伏-直流智能充電樁的政策支持力度，包括補貼、稅收優(yōu)惠等，鼓勵企業(yè)和社會資本參與充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

　?。?）互聯(lián)互通

　　實現(xiàn)充電樁與電動汽車、電網(wǎng)、能源管理系統(tǒng)等的互聯(lián)互通，形成智能化的能源生態(tài)系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，優(yōu)化充電策略，提高能源利用效率。

　　總之，光伏-直流智能充電樁的有序充電策略具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。通過合理的規(guī)劃和管理，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電動汽車用戶提供有效、便捷、環(huán)保的充電服務(wù)，同時也為能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 丁屹峰.光伏直流智能充電樁有序充電策略與應(yīng)用效果

　　[2] 詹天津,謝玉榮國內(nèi)分布式光伏發(fā)展形勢分析及思考

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