淺談光伏-直流智能充電樁有序充電策略與應用效果
江蘇安科瑞電能服務有限公司 江蘇江陰 214400
摘要：在當今能源轉(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
在雙碳目標的指引下，以風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，公共機構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率將達到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荷，給電網(wǎng)帶來巨大的壓力。另外，光伏電力的波動性、隨機性和間歇性等不穩(wěn)定特征，與電力需求側(cè)的負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。
1.1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。
光伏系統(tǒng)可以在白天為充電樁提供穩(wěn)定的電力供應，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功能，確保充電安全可靠。
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。
例如，在電網(wǎng)負荷較低的時段，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)負荷高峰時段，降低充電功率或暫停充電，以平衡電網(wǎng)供需。
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。當電池電量較低時，采用較大功率充電，以縮短充電時間；當電池電量接近充滿時，降低充電功率，保護電池壽命。
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。
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。
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)負荷峰值，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
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。
光伏-直流智能充電樁的推廣應用，有助于促進可再生能源的發(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)展目標做出貢獻。
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)濟效益，同時也為充電樁運營商帶來更多的商業(yè)機會。
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)，進行充電服務、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
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)庫服務器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(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，對其進行賬戶進行充值、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行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(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
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證 |
導軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
開口式電流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。 |
智能剩余電流繼電器 | ASJ |
| 該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。 |
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。
政府部門應加大對光伏-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)。
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，同時也為能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
參考文獻：
[1] 丁屹峰.光伏直流智能充電樁有序充電策略與應用效果
[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)計與應用手冊.2022.05版
電瓶車充電樁禁止非法改裝
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