双碳目标下电动汽车与新能源协同之有序充电策略剖析与展望

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：我国 “3060” 双碳目标推动新能源汽车与可再生能源协同优化策略研究成趋势。本文简述电动汽车与新能源接入对电网影响，从提升新能源消纳水平方式及电动汽车考虑形式与约束条件两方面，综述考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略现状，展望相关方向未来发展，为二者高效协同提供参考。

关键词：电动汽车；有序充电；新能源消纳

一、引言

《巴黎协定》后，多国设碳中和目标。我国 2020 年 9 月提出 “碳达峰” 与 “碳中和” 目标，能源结构优化与绿色转型迫在眉睫。依《“十四五” 现代能源体系规划》，虽清洁能源占比上升，但化石能源仍居主导且短期内难改。国务院文件提出构建清洁低碳安全高效能源体系，提升可再生能源占比与消纳水平成 “十四五” 关键，发展新能源汽车产业亦为应对气候变化战略。促进二者协同，“绿电绿用” 可提可再生能源应用比例、降电动汽车用电成本、增电网调峰调频能力。在此背景下，研究考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略意义重大，本文将深入探讨并展望。

二、电动汽车、新能源接入对电网的影响

2.1 电动汽车对电网的影响

2.1.1 负荷特性与峰谷差变化

近年电动汽车保有量猛增，其充电改变电网负荷特性。充电时间集中，多在下班后或夜间，使原本峰谷分布改变。如城市居民用电场景，傍晚至夜间本是生活用电高峰，大量电动汽车此时充电，加剧电网负荷峰谷差。

2.1.2 电能质量受扰

电动汽车充电设备为非线性负载，充电生谐波电流入电网致电能质量问题。谐波使电网电压畸变，影响其他电气设备，如精密仪器测量误差增大、故障甚至损坏。且分散随机充电可致电网三相不平衡，降供电效率、增线路损耗，威胁供电区域电气设备安全稳定运行。老旧小区电网薄弱，多车充电时电能质量问题凸显，居民电器闪屏、异常发热等不便频发。

2.1.3 配电网压力增大

电动汽车充电需电网供电，多车同时充电使局部配电网容量承压。充电桩集中区域，如商业中心停车场、住宅小区，若配电网规划未虑及充电需求，可能现变压器过载、线路载流量超标。如老旧小区变压器按生活用电设计，电动汽车增多后，同时充电车辆超限时，变压器高负荷运行致老化加速，甚至过载跳闸影响供电。充电电流使线路发热损耗增大，威胁线路安全，长远或需升级配电网。

2.2 新能源接入对电网的影响

2.2.1 功率平衡与调度变难

新能源发电（风电、光伏等）具间歇性、波动性、随机性。如风力发电功率与风速立方正比，风速变致风电功率不稳，短时间大幅波动。光伏发电功率随光照强度、时长及天气、季节变。大规模新能源接入后，电网维持功率平衡难，传统调度方式难适应。如风电为主地区电网，强风时风电大发，若不消纳调节，电网频率或超安全范围；低风速时，需其他电源补功率缺额，考验电网调度灵活性与响应能力，增运行控制复杂性。

2.2.2 电能质量波动

新能源发电波动性引电网电能质量问题。发电功率频变致电网电压波动，新能源接入比例高地区，电压波动或超允许范围，影响用电设备。部分新能源发电设备转换电能生谐波，与电动汽车充电谐波叠加，恶化电能质量，致电压暂降、闪变等，增电能质量治理难度，威胁敏感负荷正常运行。

2.2.3 电网稳定性临危

新能源分散接入与大规模并网改电网潮流分布与网络结构，威胁电网稳定性。发电随机性使电网运行难预测，故障或扰动时恢复能力受挑战。如电网故障后，新能源发电单元缺惯性支撑，难像传统电源供稳定功率，延电网恢复，甚至引连锁故障扩停电范围。新能源接入点增使电网关键参数变，需重评优化保护配置与安全稳定控制策略，保电网安全稳定，否则保护误动或拒动影响供电可靠性。

三、考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略研究现状

3.1 提升新能源消纳水平主要方式

3.1.1 储能技术运用

配置储能系统（如锂电池、液流电池储能），可再生能源发电过剩时储能，不足或用电高峰时释能，平滑功率波动、削峰填谷，提新能源消纳能力。如大型风电场旁建储能电站，风电大发时充电，风速小或用电高峰时放电补电力缺额。

3.1.2 需求响应机制

引电力用户依电网状况与电价信号调用电行为。对电动汽车用户，设分时电价策略，鼓励低谷电价时充电，避电网高峰，为新能源消纳腾空间，增电网接纳新能源能力。

3.2 电动汽车考虑形式与约束条件

3.2.1 考虑形式

有序充电策略制定常虑电动汽车充电时间、剩余电量、用户出行需求等。借智能充电管理系统预测用户下次出行时间，合理安排充电时长与功率，兼顾用户需求与电网优化调度。

3.2.2 约束条件

含电网侧容量、电压、线路载流量限制等。电网安全稳定运行出发，电动汽车充电不能致局部电网过载、电压越限。亦虑用户侧经济成本与使用便捷性，不能因电网优化使用户负担重或不便。

四、安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

4.1 概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台借物联网技术，对电动自行车充电站与充电桩数据采集监控，管充电服务、支付、交易结算等，对充电机故障预警，支持多方式联网，用户扫码充电。

4.2 应用场所

适用于多类建筑与场所充电桩基础设施设计，如民用、工业建筑、小区、单位、商业综合体、学校、园区等。

4.3系统结构

系统四层：数据采集层（电瓶车智能充电桩用标准 modbus - rtu 协议采充电回路电力参数并计量保护）、网络传输层（4G 网传数据至数据库服务器）、数据层（含应用与数据服务器，前者布数据采集服务、WEB 网站，后者设实时、历史与基础数据库）、客户端层（管理员浏览器访收费平台，终端用户刷卡扫码充电）。小区充电平台功能有智能化大屏、实时监控等，为运维人员与充电用户分别提供 APP 与小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

展站点分布，统设备状态、使用率等多数据，可查站点详细信息，统管小区充电桩，合理分配资源。

4.4.2实时监控

监充电设施运行，含充电桩与回路状态、充电电量、电压电流及告警信息。

4.4.3交易管理

平台人员管用户账户，充值等操作，查小区用户充电交易详情。

4.4.4故障管理

设备报故障，平台人员查派处理，运维人员 APP 收推送，处理后上报，用户小程序可反馈问题。

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

平台建运营商户，其建管站点与充电设施，维设施信息、价格策略等，管在线卡用户充值等操作。

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
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。
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。

五、考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略未来发展展望

科技进步与能源转型下，未来该领域将有更多突破发展。智能电网技术更完善，精准预测新能源发电功率与电动汽车充电需求，精细化充电调度与新能源消纳管理可实现。车网互动（V2G）技术成熟后，电动汽车可双向充放电，成移动储能单元，提电网新能源消纳灵活性与调节能力。相关政策完善细化，将规范引导电动汽车有序充电与新能源消纳，推行业绿色高效可持续发展。

六、结论

考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略研究对我国 “3060” 双碳目标实现、能源结构优化与绿色发展重要。本文析电动汽车与新能源接入对电网影响，综述相关策略现状，介安科瑞充电桩收费运营云平台应用，望各方优化策略技术应用，促新能源汽车与可再生能源协同，助碳达峰碳中和目标达成。

参考文献：

[1]刘靓雯,高传彬,王丹阳.考虑新能源消纳的电动汽车有序充电策略研究综述[J]

[2]肖朝霞,张可信,冯冀.含电动汽车充电站的风/光/柴独立微电网分层优化调度[J]

[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