电动汽车有序充放电分群调度：原理、策略与平台应用的深度剖析与展望

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：本研究聚焦电动汽车有序充放电分群调度策略的探索。剖析电动汽车充放电原理与分群调度理论依据，揭示传统策略局限，构建多维度分群指标体系并应用智能优化算法。阐述分群调度策略实施步骤、挑战及效果评估体系。结论显示该策略在提升电网效率与用户满意度方面成果显著，未来仍需在技术创新、用户行为探究及政策协同等方面深入挖掘。

关键词：电动汽车；有序充放电；分群调度；智能优化算法

1.研究背景

电动汽车发展呈井喷之势，其充放电调度问题渐趋突出。当下研究多拘于传统策略，创新匮乏。

伴随环保与能源危机意识的强化，电动汽车因绿色环保而备受瞩目。据预测，至 2025 年全球电动汽车销量将超 1000 万辆。然而，大规模电动汽车无序充放电或致电网负荷波动、电压不稳等状况。故而，探究其有序充放电分群调度策略极具现实价值。

当前，国内外学者对电动汽车充放电调度多有钻研。传统策略集中式与分布式调度各有优劣。集中式调度由中央统一管控，虽可顾全大局，但计算繁杂、通信成本高且可靠性欠佳；分布式调度将权力下放，灵活性与可靠性虽强，却难达全局最优。

此外，现有研究常陷传统策略泥沼，创新视角稀缺。如鲜少考量用户行为特征与心理因素对充放电调度的作用。实际上，这些因素对用户参与度影响甚巨。若能纳入考量，制定更优策略，将助力提升用户参与度，推动电动汽车有序充放电。

2.电动汽车充放电理论基础

2.1 电动汽车充放电原理

电动汽车多采用锂电池，充放电皆为直流电。电网交流电需转换方能为电池充电，七孔交流慢充口接交流电经车载充电机转直流电供电；九孔直流快充口直连电池。

2.1.1 充电过程对电网的冲击

大规模电动汽车同时充电，电网负荷将剧增。若 6000 万辆电动汽车同时充电，峰值功率可达 5 亿千瓦，约占 2030 年我国装机总容量 26%。此大规模需求使电网短时承压，或致局部过载，影响电网稳定可靠。如用电高峰时，大量电动汽车充电可致电压降、频率波，甚至引发故障。

2.1.2 放电机制及优势

电动汽车放电具可行性，且利于电网稳定。制动或减速时，能量回收系统可将动能转电能存于电池。电网负荷高峰时，电动汽车可反向输电，削峰填谷。如夏季用电高峰，空调等电器使电网负荷飙升，部分电动汽车放电可缓压、降成本，还可提升能源利用效率，因其电池可作分布式储能，依电网需求优化配置能源。

2.2 分群调度理论依据

电动汽车有序充放电分群调度策略理论根基坚实，多种分群方法合理有效，为策略施行强力支撑。

2.2.1 基于用户需求的分群

日常通勤用户常需短时间快充以应上下班出行，充电集中于工作日早晚高峰之外，如午休或下班后，且重充电便捷与速度，对设施布局要求高，望工作地或居所附近易寻充电桩；长途旅行用户则需长时间慢充保续航，充电时间灵活，更关设施覆盖与速度稳定性。

依此分群合理。不同用户对充电服务需求有别，分群可满足个性需求。如通勤用户工作地与小区附近设快充电桩；长途用户高速服务区等设大功率慢充桩。且可提充电设施利用率，依用户充电习惯规划建设运营，避资源浪费。如通勤用户集中区依其规律调充电桩功率与数量。

2.2.2 基于电网需求的分群

依电网负荷分群是削峰填谷关键。电网低谷时鼓励充电储能；高峰时引导放电缓压。如夜间电网负荷低时，部分电动汽车集中充电；白天用电高峰，如夏季空调用电大时，高电量电动汽车放电。

此分群可平衡电网负荷，提稳定性与可靠性。合理安排充放电时间与功率，减负荷波动，降运行成本。亦促可再生能源消纳，如风光发电高峰时，电动汽车储能多余电能。且可为用户增利，低谷充电电价低，高峰放电有收益。

3.现有分群调度策略分析

3.1 传统分群调度策略

传统分群调度策略于电动汽车有序充放电有一定效用，然亦存局限。

3.1.1 按车型和充电方式分群

依车型、充电方式分群常见。不同车型电池容量、续航有差，充电方式亦影响时间与电网负荷。如小型车电池小，宜快充；大型车电池大，宜慢充。

此分群可按车特点分类调度，提充电效率与电网稳定。但分类标准单一，难顾用户出行与电网动态。且车型与充电方式兼容性待解。如部分充电桩仅适特定车型或方式，限充电选择。

3.1.2 按充电时间分群

以昼夜充电需求差异分群有特点。部分地区白天充电需求高，部分地区夜晚高。如城市中心白天商业与通勤活动致充电需求大；夜晚住宅区需求低。

此分群可依时调度，削峰填谷。如夜间低谷充电，白天高峰放电。然充电时间受用户出行习惯影响，具不确定性。且需精准充电需求预测，现技术尚难达高精度。

3.2 考虑用户满意度的分群调度

电动汽车分群调度中，提用户满意度关键。下以案例析其实现路径。

3.2.1 用户需求和偏好分析

用户出行习惯影响电动汽车充放电需求。如通勤用户常循固定路线，重充电设施位置，望通勤途易寻桩；长途用户重充电速度与设施覆盖。

以某城为例，通勤用户多在工作日早晚高峰外充电且喜快充。相关部门于其工作地与小区附近布快充电桩，并设手机应用查桩位、预约充电等服务，便利用户。

长途用户则可借智能导航知沿途桩位、速度、余量等信息，提前规划行程，减充电焦虑。亦可为其设特殊套餐，如高速服务区桩优惠，提满意度。

3.2.2 反馈机制与用户建议

建有效反馈机制是优化分群调度、提满意度之要。可借手机应用、网站等集用户意见建议，悉使用问题需求。

如某充电服务商借手机应用设反馈渠道，用户随时提桩位、速度、服务质量等意见。商定期析反馈，依需求调桩布局，优服务流程，提质量。

亦可行满意度调查，据结果调分群调度策略。如用户不满某群组充电时间安排，依建议改之，提满意度。

经此，可于分群调度中有效提用户满意度，推电动汽车大规模应用发展。

4安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

4.1概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台系统借物联网技，对接电动自行车充电站与充电桩，持续采控数据，监桩运行态，理充电服务、支付、结算、资产、电能、明细查询等事，且对充电机温保、漏电、压保、绝缘低等障预警；桩支持以太网、4G 或 WIFI 入网，用户微信、支付宝、云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

系统分为四层：

数据采集层：电瓶车智能桩用 modbus - rtu 协议采充电回路电参量，计量保护。

网络传输层：4G 传数据至数据库服务器。

数据层：含应用与数据服务器，前者布数据采集、WEB 服务；后者置实时、历史、基础数据库。

客户端层：管理员浏览器登收费平台，用户刷卡扫码充电。

小区充电平台有充电设施大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功，且为运维人员设 APP，用户设小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
 

 

4.5系统硬件配置

 

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000

	安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D		额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D

	额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S

	额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S

	额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM

	4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485	M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G	M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D

	导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。
开口式电流互感器	AKH-0.66/K

	AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。
霍尔传感器	AHKC

	霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。
智能剩余电流继电器	ASJ

	该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。
绝缘监测仪	AIM-D100-ES

	AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
绝缘监测仪	AIM-D100-T

AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。

 

5.结论

本研究之电动汽车有序充放电分群调度策略成果斐然。

首建多维度分群指标体系，融用户、电网与环境需求，致更精准调度。

实施先定用户群特征需求，为调度供策依。智能设备、系统与先进通信数据处理技保策略施行。虽遇数据准、成本、用户接受度等挑战，然可逐克。

效果评估示分群调度策于提电网效与用户满意度功著。负荷峰谷差缩，电网稳升，可再生能源消纳强，用户充电便与费用满意亦升。

综上，本研究创新策略为电动汽车有序充放电供科学合理解，对推其大规模应用发展，促能源转型与可持续发展意义非凡。

[1]朱心月，岳云涛.电动汽车有序充放电分群调度策略

[2]袁欣，胡文博. 考虑电动汽车有序充电的配电网重构降损策略

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇