基于新型电力系统的有序充电解决方案

摘要：近年来,新能源汽车的销量快速增长,相应的充电桩数量也急剧增加,这一现象可能会给电网和变压器造成负担,与此同时，新型电力系统下以光伏为主的分布式发电系统占比也在逐渐提高，新能源的不稳定性叠加充电需求的不确定性会给电网带来严峻的挑战。本文主要介绍基于新型电力系统下的有序充电管理系统的解决方案，这种有序充电方案能够充分利用新能源，降低电网波动,从而帮助充电桩运营管理单位降低建设和运营成本，还可以提高电网运行稳定性。

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有序充电管理系统建设的必要性

截至2024年6月底，‌全国新能源汽车保有量达2472万辆，根据中国充电联盟数据，截止2024年4月，全国充电基础设施累计数量为961.3万台，这些数据不仅展示了中国新能源汽车市场的蓬勃生机，也预示着电动出行时代正在加速到来。与此同时，截至2024年3月底，全国可再生能源装机达到15.85亿千瓦，约占我国总装机的52.9%。

众所周知，新能源发电性能受天气影响波动比较大，新能源汽车充电需求也具有较大的不确定性，两个Debuff叠加之下的电力系统就太难了。在这种情况下通过系统来预测新能源发电和负荷需求，并通过合理的新能源光、储调控和充电需求引导控制，不仅可以促进新能源消纳，还可以提高电力系统的稳定性，更能降低用户充电能本。

图1 有序充电管理系统示意图

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有序充电系统的建设

有序充电系统由预测算法、能量管理策略、有序充电策略和充电桩运营管理系统等构成。预测算法包括光伏发电预测和负荷预测，是利用历史数据对未来 24 小时至72小时的光伏发电和负荷需求进行预测，主要目的是为能量管理系统和有序充电策略提供未来时间的可用负荷容量和能量管理策略。通过对储能装置的充放电调控和引导充电需求，实现负荷的削峰填谷，提高电网运行稳定性，降低充电成本，通过以上算法和软件构成的一体化充电服务体系来提高运营竞争力。

图2 有序充电管理系统功能模块
 

嘉定是上海汽车产业聚集地，嘉定供电公司与国网电动汽车服务有限公司合作开展智慧充放电示范试点项目，应用有序充电技术，统筹协调电动汽车与电网电力电量平衡，有效地提高电动汽车与电网协调运行的有序性、可靠性、经济性，实现电动汽车、储能、分布式电源等新型用能设备的数据感知、采集和控制，统一协调，有序运行。智慧有序充电建设通过对用户充电行为、用能行为的灵活引导与主动调控，降低配变峰值负荷超过30%，将80%充电量优化调整到了配变负荷低谷时段，使配变接纳充电桩能力提高4倍，显著提升配电网资源利用率，实现削峰填谷。

图3 有序充电管理解决方案

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安科瑞有序充电系统解决方案

3.1 预测算法

光伏发电功率预测系统通过采集数值天气预报数据、实时环境气象数据、光伏电站实时输出功率数据、光伏组件运行状态等信息，结合相关算法模型，实现短期功率预测（预测光伏电站未来0h-72h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）、超短期功率预测（预测未来15min-4h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）功能。负荷预测根据历史负荷数据，结合生产计划、天气等因素预测下一个周期的负荷需求，协助安排能源计划和控制策略。

系统结合光伏发电预测和负荷预测数据计算充电可用容量，结合充电历史特点对储能进行充放电控制，或调整电动汽车充电功率、价格进行调控，提高系统稳定性的同时降低充电成本。

图4 光功率预测

3.2 能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈论的功率协调分配技术，基于在通用设计平台和运行环境上开发能量协调控制策略，实现配网、分布式可再生能源发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图5 能量管理策略

3.3 有序充电

有序充电策略主要根据负荷允许容量变化来进行充电许可或充电功率控制，采用先到先充或权限优先等策略，保障电网运行稳定。系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，培养用户充电习惯，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图6 有序充电管理

3.4 充电运营管理

安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图7 充电运营管理

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充电桩设备

安科瑞AEV200-DC240M分体式直流充电柜采用为一柜四桩设计，单桩至大充电功率240kW，充电电压150V-1000V，单桩至大电流250A，满足用户快速充电需求。

图8 AEV200-DC240M充电柜以及AEV200-DC250AS直流充电桩

除了分体式充电桩外，公司还提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充电桩以及7kW交流充电桩，满足各种场合的充电要求。

充电桩产品符合NB/T 11305.2-2023《电动汽车充放电双向互动 第2 部分:有序充电》要求，有序充电管理系统、有序充电设备、用户交互功能、系统响应时间等均满足有序充电的要求。