安科瑞 劉邁

　　摘要：在環(huán)境污染加劇與能源危機凸顯的背景下，電動汽車憑借低排放、低噪音等顯著優(yōu)勢，市場滲透率持續(xù)攀升。然而，電動汽車大規(guī)模無序接入電網(wǎng)充電，尤其在居民生活用電高峰時段集中充電，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來嚴峻挑戰(zhàn)，如負荷峰值超限、供需平衡失調(diào)及電壓穩(wěn)定性受損等。本文聚焦此問題，構(gòu)建以 “削峰填谷" 為核心目標的住宅區(qū)內(nèi)電動汽車充電電費定價雙層規(guī)劃模型。下層模型基于個人用戶視角，追求充電電費zui小化，精準確定充電負荷；上層模型從電網(wǎng)整體考量，聚焦負荷時間分布均衡，求解快、慢充分時電價，借助價格杠桿引導(dǎo)居民錯峰充電，算例驗證該策略使電網(wǎng)供電穩(wěn)定性提升 57.66%，為實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙贏提供創(chuàng)新思路與有效路徑。

　　關(guān)鍵詞：電動汽車；分時電價；雙層規(guī)劃模型；削峰填谷

　　一、引言

　　傳統(tǒng)化石能源漸趨枯竭，環(huán)境污染惡化，電動汽車作為新能源領(lǐng)域的關(guān)鍵力量，因其低污染、高能源轉(zhuǎn)換效率獲政策強力扶持，技術(shù)進步與成本優(yōu)勢推動其shichang份額穩(wěn)步上揚，有望逐步取代傳統(tǒng)燃油汽車。但電動汽車無序充電致電網(wǎng)負荷激增，威脅電網(wǎng)穩(wěn)定，有序充電與合理定價策略成為研究熱點。本文立足價格維度，兼顧電網(wǎng)運營與用戶利益，以價格信號優(yōu)化用戶充電行為，護航電網(wǎng)穩(wěn)健運行。

　　二、問題背景

　　2.1 問題剖析

　　通勤族為主的電動汽車用戶多在住宅區(qū)充電，下班后用電高峰時段集中充電，使充電負荷與居民生活用電負荷高峰疊加，加劇電網(wǎng)供需矛盾，影響供電可靠性與電能質(zhì)量，威脅電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施安全，甚至引發(fā)大面積停電事故，危及居民生活與社會經(jīng)濟秩序，凸顯優(yōu)化充電策略緊迫性。

　　2.2 問題假設(shè)

　　為簡化復(fù)雜現(xiàn)實場景，特作如下合理假設(shè)：

　　住宅區(qū)充電樁 “一車一樁"，用戶依電價獨立決策充電時段與方式，無相互干擾。

　　用戶充電需求電量在停車時長內(nèi)可滿足，不超充電樁供電能力。

　　分時電價實施前，用戶歸家即啟動慢充，充電行為單一且集中。

　　固定充電方式下，電動汽車電池電量隨時間線性變化，便于建模分析。

　　三、模型構(gòu)建

　　電網(wǎng)總負荷涵蓋電動汽車充電負荷與小區(qū)基礎(chǔ)負荷，前者受各車充電方案左右，而充電方案又取決于充電電價，三者相互關(guān)聯(lián)、動態(tài)影響，形成閉環(huán)反饋機制，是模型構(gòu)建關(guān)鍵邏輯鏈。

　　3.1 下層模型

　　以小時為粒度細分一天為 24 時段（t = 1, 2, …, 24），聚焦小區(qū)電動汽車用戶。設(shè)電動汽車集合 N = {1, 2, …, k}，車 n 可充電時段始于歸家時刻 shn，終于離家時刻 ehn，依用戶出行規(guī)律與充電需求電量 Q 規(guī)劃各時段充電方案。目標函數(shù)為車 n 充電成本zui小化，即各時段不同充電方式電量與對應(yīng)電價乘積之和zui小，輸出zuiyou充電策略，兼顧用戶經(jīng)濟成本與充電需求滿足度，提升用戶參與錯峰積極性。

　　3.2 上層模型

　　聚焦小區(qū)電網(wǎng)全局，綜合考量居民生活基礎(chǔ)負荷與電動汽車充電負荷交互影響，權(quán)衡電網(wǎng)波動平抑與用戶電費合理波動。目標為zui小化 24 時段總負荷標準差與電價調(diào)整前后用戶充電總費用變化，求解各時段快、慢充分時電價，協(xié)調(diào)電網(wǎng)穩(wěn)定性與用戶經(jīng)濟承受力，保障電力供應(yīng)商合理收益，維護電力市場健康可持續(xù)發(fā)展生態(tài)。

　　在摘要中加入電動汽車無序充電的危害推薦一些考慮負荷分布均衡的電動汽車充電定價策略與應(yīng)用的論文電動汽車充電定價策略的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

　　四、 應(yīng)用方案

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖

圖2平臺結(jié)構(gòu)圖

　　充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對電網(wǎng)造成過大的負荷。

　　五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

　　平臺除了對充電樁的監(jiān)控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營成本，平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 充電樁運營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

　　大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計、使用率排行、運營統(tǒng)計圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。

　　圖4 大屏展示界面

　　站點監(jiān)控：顯示設(shè)備實時狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計等功能。

圖5 站點監(jiān)控界面

　　設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實時信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實時曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖6 設(shè)備監(jiān)控界面

　　運營趨勢統(tǒng)計：顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。

圖7 運營趨勢界面

　　收益查詢：提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖8 收益查詢界面

　　故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

圖9 故障分析界面

　　訂單記錄：提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運營商應(yīng)收信息、充電明細、交易流水查詢、充值余額明細等功能。

圖10 訂單查詢界面

　　六、產(chǎn)品選型

　　安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁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。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時為提高公共充電樁的效率和實用性，具有有智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設(shè)備軟件進行升級；保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合國標的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。

　　七、現(xiàn)場圖片

　　八、結(jié)論

　　針對住宅區(qū)內(nèi)大規(guī)模電動汽車無序接人電網(wǎng)的現(xiàn)象建立雙層規(guī)劃模型，為一天24個時段分別制定不同的電價,下層模型利用上層得到的分時電價,引導(dǎo)每名電動汽車用戶錯峰充電,保證所有用戶充電費用最小化,將下層模型得到的充電負荷輸人上層優(yōu)化分時電價,逐漸平抑電網(wǎng)波動，“削峰填谷"保證電網(wǎng)安全。

　　1)優(yōu)化模型不但大大減小了電網(wǎng)負荷波動,供電穩(wěn)定性提高 57.66%,也一定程度降低了用戶的充電費用,電動汽車的充電時長平均減少 29.17%。

　　2)該模型在優(yōu)化適用時間上沒有限制,也可適用于周末節(jié)假日時期。

　　3)電動汽車用戶的歸家、離家時間具有很強的隨機性,以后還應(yīng)考慮這一因素,加強模型的魯棒性;另外小區(qū)電動汽車充電樁數(shù)量有限,本文考慮的是所有電動汽車“一車一樁"的情況,未來還可以進一步分析共享充電樁下的電動汽車充電定價策略。