基于柔性管控终端的新能源汽车充电站有序充电系统设计与实现

摘要：随着新能源汽车的迅猛发展，充电基础设施面临着电力负荷激增、电网稳定性下降等挑战。本文针对当前充电设施无序充电导致的电网压力问题，提出了一种基于柔性管控终端的充电站有序充电系统解决方案。通过分析国内外有序充电技术发展现状，设计了包含边缘计算网关、智能排队算法和功率动态分配策略的有序充电管控终端架构，并详细阐述了其工作原理和实现方法。系统采用分层控制策略，实现台区内充电负荷与供电能力的自动平衡，同时支持V2G双向充放电功能。实际应用表明，该系统可显著提高充电设施利用率，降低电网峰谷差，为构建新型电力系统提供有效支撑。

关键词：新能源汽车；有序充电；柔性管控终端；V2G车网互动；分层控制策略

引言：新能源汽车充电面临的挑战与有序充电的意义

近年来，全球新能源汽车产业呈现爆发式增长态势。以中国为例，仅乌鲁木齐市在2024年就新建充电设施1.43万个，超过历年建设总和。这种快速增长在为绿色交通带来利好的同时，也对电网运行提出了严峻挑战。无序充电行为导致用电高峰时段电网负荷激增，而低谷时段充电设施又大量闲置，不仅造成资源浪费，还可能影响电网安全稳定运行。

在此背景下，有序充电技术应运而生并成为研究热点。有序充电（Orderly Charging）是指通过智能化手段对电动汽车充电过程进行协调控制，使其在满足用户基本充电需求的前提下，主动响应电网调度指令，实现削峰填谷、促进新能源消纳等目标。国家发改委等四部门在《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》中明确提出，到2025年参与试点示范的城市要实现私人充电桩充电电量80%以上集中在低谷时段的目标，这为有序充电技术的发展提供了政策指引。

传统充电桩普遍采用"即插即充"的简单模式，缺乏与电网的互动能力。而现代有序充电系统则通过智能管控终端这一核心设备，实现了充电负荷的预测、优化调度和动态调整。管控终端作为连接充电桩、车辆与电网的桥梁，其性能直接决定了有序充电系统的效果。目前，国内外学者和企业在有序充电管控终端研发方面已取得一定进展，如国网乌鲁木齐供电公司研发的"柔性有序充电管理平台"已实现对3座存量充电站的技术改造，深圳莲花山充电站则集成了光储超充、车网互动等先进技术。

然而，现有系统在实时性、兼容性和经济性方面仍存在不足。一方面，海量充电设备的接入对通信网络和计算能力提出了要求；另一方面，不同厂商设备间的协议差异增加了系统集成的难度。此外，如何在不影响用户体验的前提下实现电网优化目标，也是亟待解决的关键问题。

本文针对上述挑战，提出了一种新型充电站有序充电管控终端及方法。该方案通过边缘计算架构降低云端压力，采用标准化通信协议提高兼容性，并引入智能排队算法优化用户体验。系统已在多个实际场景中得到验证，结果显示其能够有效平衡电网安全与用户需求，为充电基础设施的智能化升级提供了可行路径。

1有序充电技术发展现状与挑战

国内外研究现状表明，有序充电技术正从理论探索向规模化应用快速演进。在国家政策引导下，中国在该领域已取得显著进展。国家发改委等四部门联合发布的《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》制定了明确的发展路线图：到2025年初步建成车网互动技术标准体系，实现充电峰谷电价机制实施；到2030年基本建成标准体系，实现智能有序充电推广。这一政策框架为有序充电技术创新提供了强有力的制度保障。

在技术实践方面，各地已涌现出一批具有代表性的示范项目。国网乌鲁木齐供电公司研发的"柔性有序充电管理平台"通过交直流柔性有序充电桩控制终端、台区边缘计算网关等设备，实现了台区内充电负荷与供电能力的自动平衡。深圳莲花山充电站作为全国"光储超充+车网互动+电力鸿蒙"示范站，配备了22台V2G充电桩，放电功率可达2160千瓦，在今年3月的车网互动活动中单日放电量达到1.3万度。这些案例验证了有序充电技术在提升电网灵活性和促进新能源消纳方面的巨大潜力。

专利技术层面，国内企业也在积极布局。河北新大长远电力科技股份有限公司申请的"基于智能排队的电动汽车充电站有序充电方法"专利，采用滑动窗口机制收集充电站车流量数据，使用优先级队列算法分配充电桩位，显著提高了充电效率。科林电气申请的"有序充电控制方法及系统"专利则通过设定超快充、快速充和经济充三种模式，利用倒序阶梯功率分配法生成经济用户功率分配策略，实现了单个配电台区的有序充电协调控制。这些技术创新为解决实际应用中的关键问题提供了可行方案。

尽管取得了一定进展，当前有序充电技术仍面临多重技术挑战：

通信与计算瓶颈：海量充电设备的实时监控和调度对通信网络带宽和计算资源提出了要求。传统集中式控制架构难以满足大规模应用场景下的实时性需求，网络延迟可能导致控制指令滞后，影响系统稳定性。

设备兼容性问题：不同厂商生产的充电桩和电动汽车采用各异的通信协议和数据格式，这种碎片化现状增加了系统集成的复杂度。缺乏统一标准也制约了跨平台、跨区域的资源聚合与协同优化。

用户接受度障碍：有序充电需要在用户便利性和电网优化目标之间取得平衡。过于激进的负荷调整可能延长充电时间，引起用户不满；而过于保守的策略又难以发挥应有的电网调节作用。如何设计合理的激励机制，提高用户参与度，是需要解决的关键问题。

安全与可靠性风险：高频度的功率调节可能加速电池老化，增加安全隐患。双向充放电场景下，电网故障可能通过充电桩传导至车辆，威胁用户财产安全。这些风险需要通过技术创新和标准规范予以规避。

标准化建设是推动有序充电技术规模化应用的基础。《实施意见》提出要加快制修订车网互动相关标准，优先完成有序充电场景下的交互接口、通信协议等关键技术标准。目前，通信协议方面主要参照国际通用的OCPP(Open Charge Point Protocol)标准，但在功率调节、安全认证等细节上仍需进一步本土化。计量与结算标准也亟待统一，特别是双向充放电场景下的电能计量和费用清分机制。

未来，随着新型电力系统建设的深入推进，有序充电技术将与虚拟电厂、需求响应等应用场景深度