电动汽车充电策略与电力系统影响研究

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摘要：在能源短缺与环境污染的现状下，电动汽车凭借节能减排优势迅速发展。然而，其规模化接入给电力系统带来挑战，如充电资源与需求时空分布不均、夜间离网导致负荷低谷等问题。本文探讨个性化快充导航及源荷协同有序充电策略，分析其对解决上述问题、提升用户体验和保障电力系统稳定运行的意义，还阐述了电动汽车的负荷特性、接入影响及减少影响的措施，并介绍了相关系统构成和应用实例，旨在为电动汽车充电问题提供理论与实践参考，推动产业可持续发展。

关键词：电动汽车；个性化充电导航；动态队列间的互作用；深度调峰；需求响应

引言

能源是人类社会发展的基石，随着经济增长和生活水平提升，能源需求持续攀升。当前，全球能源消耗以化石能源为主，但化石能源在生产、运输和使用过程中引发诸多环境问题，如石油泄漏事故造成生态破坏，燃烧产生有害物质危害健康并导致气候变暖、酸雨等。在此背景下，发展清洁能源和能源替代技术成为解决环境问题的关键，电动汽车应运而生。

1电动汽车产业的发展现状

19 世纪末，首辆实用电动汽车亮相，凭借结构简单和成本优势，在随后十几年发展迅猛。但进入 20 世纪，随着内燃机技术进步，电动汽车发展受阻。直至 20 世纪后期，受石油危机导致的能源短缺以及环境恶化促使各国出台环保法规政策的双重影响，电动汽车产业再度兴起。

2.个性化快充导航及源荷协同有序充电策略研究意义

（1）缓解充电拥堵
随着电动汽车普及，充电需求剧增，而充电设施布局和数量不足，高峰时段充电资源与需求时空分布失衡，引发充电拥堵，给用户带来不便。个性化快充导航及源荷协同有序充电策略能够依据用户需求和充电设施实时状态，制定合理充电方案，提高充电效率，缓解高峰拥堵，提升用户出行体验。

（2）保障电力系统稳定
夜间大量电动汽车同时充电，会使电网负荷激增，而其充电完成后离网动作的 “一致性” 又会造成负荷低谷，迫使火电机组进入不经济的深度调峰运行状态。该策略可引导用户合理安排充电时间，避免离网 “一致性”，减轻火电机组压力，保障电力系统安全稳定运行。

3.电动汽车接入对电力系统的影响

3.1电动汽车负荷特性

充电方式多样

家用充电桩：车主购买新能源汽车后，可安装家用充电桩，操作便捷。先设置充电时间等参数，将车辆熄火断电后插入电枪，通过手机 APP 启动充电，充电完成后解锁拔出电枪。

公共充电桩：对于无法安装家用桩的用户，公共充电桩是常用选择。停车熄火后，扫码或刷卡支付电费解锁充电桩，连接车辆充电口，充电中可观察电流电压，电费用完或电量充满自动断电，最后解锁取下枪头归位。

换电站：部分汽车公司设立换电站，如北汽、蔚来等，但目前多专车专用，换电设备配套要求高、成本大，推广受限，且车主担心换上旧电池。

旅行链影响充电需求
车主出行规律，包括出行方式、用车习惯等因素，使得电动汽车充电需求在时间和空间上具有随机性。一般白天充电需求高，尤其是早晚高峰，而换电需求可能集中在夜间或清晨，以降低运输成本。

充电需求分布不均
城市人口密集区充电需求集中，而边缘或郊区相对较低，呈现出空间分布不均的特征。

4.如何减少电动汽车接入对电力系统的影响

（一）优化充电策略
通过个性化快充导航及源荷协同有序充电策略，引导用户合理选择充电时间和地点，避免充电负荷集中。例如，鼓励用户在低谷时段充电，根据电网负荷和火电机组运行状态实时调整充电功率，提高充电效率和电网稳定性。

（二）加强电网建设
为适应高渗透率电动汽车接入，需加强电网建设与改造，提升电网容量和灵活性，增强接纳能力和稳定性。如建设智能电网，实现智能化管理与控制，提高运行效率和可靠性。

（三）推广可再生能源发电
可再生能源发电清洁可再生，可减少对火电机组依赖。推广太阳能、风能等发电，增加清洁能源供应，降低火电机组出力压力。同时，利用电动汽车储能特性，促进可再生能源消纳和存储，提高利用效率。

5.个性化快充导航策略系统构成

个性化快速充电导航系统主要由车辆、充电站和电网组成。车辆配备电池管理系统，能监测电池状态并与导航系统交互，为用户提供充电建议。充电站包含充电设备、监控和计费系统，负责为车辆充电、监测充电状态和计算费用。电网通过变电站和输电线路为充电站供电，保障充电过程。

6.源荷协同有序充电策略概述

在规模化电动汽车接入背景下，源荷协同有序充电策略至关重要。该策略旨在协调电源侧发电能力和负荷侧充电需求，通过合理调度与控制，实现两者平衡，保障电力系统安全稳定运行。

7安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

7.1概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台利用物联网技术，对电动自行车充电站和充电桩进行数据采集与监控，实现充电服务、支付管理、交易结算等功能，同时对充电桩故障进行预警。充电桩支持多种接入方式，用户可通过多种支付方式扫码充电。

7.2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。

7.3系统结构

系统分为四层

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

7.4安科瑞充电桩云平台系统功能

7.4.1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。

7.4.2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。

7.4.3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。

7.4.4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。

7.4.5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。

7.4.6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。

7.4.7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

7.4.8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。

7.5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。

总结

本文围绕规模化电动汽车接入下的个性化快充导航及源荷协同有序充电策略展开研究。阐述研究背景、电动汽车发展历程、充电策略意义、对电力系统影响及解决措施，介绍相关系统构成和应用实例。虽为解决电动汽车充电问题提供理论和实践指导，但实际应用中还需考虑技术成本、用户接受度等因素，未来应进一步探索更智能高效的充电导航和有序充电策略，推动电动汽车产业可持续发展。

参考文献：

[1]季陈林.规模化电动汽车接入下的个性化快充导航及 源荷协同有序充电策略研究

[2]陈新琪，李鹏，胡文堂，等. 电动汽车充电站对电网谐波的影响分析

[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