综合能源充电站有序充电策略的研究与设计

摘要：随着电动汽车的发展，充电用户越来越多，同时也出现了一系列问题，尤其是无序充电带来的充电成本高、充电排队时间长和电网负荷安全影响等问题，制约着电动汽车和充电设施的发展。为解决此类问题，文章研究和设计有序充电策略。 通过研究电动汽车充电过程数据，分析充电电压、电流、和充电时间的关系曲线，在不同的电价时段和车多桩少情形下制定了合理的中止充电SOC值；为了提高充电站运营效益，针对充电站服务车辆对象的不同，设计了不同充电桩限功率有序充电策略。充电站有序充电策略的实现能够提高运行收益、减低成本，让用户充电时间更合理，提高了充电体验性，使充电站与电网互动，对电网削峰填谷，减小负荷波动率，提高了电网的安全性。

关键词：有序充电；分时电价；功率调节；充电桩；安科瑞充电桩收费运营云平台系统

1、前言

近年来，随着化石能源的枯竭以及清洁新型能源技术的崛起，电动汽车和与之相应的充电站、充电桩和充电技术得到迅速发展。随着互联网＋充电桩的技术发展，充电服务设备建设越来完善，但仍存在诸多问题，一方面是用户充电难、找桩难、排队长等现象，另一方充电桩存在利用率不高、长期空闲、运营成本高的问题；除此之外，充电设施的大量使用对电网运行 带来一定负荷安全影响，尤其是无序的电动汽车充电负荷会给配电网带来电压下降、线路过载、电网负荷峰值、网络损耗等一系列问题，因此研究有序充电策略解决充电难，提高充电桩效益和减少充电对电网负荷影响变得愈发必要。

电动汽车有序充电在当前没有严格的定义，文中提出的有序充电策略是指在车多桩少、充电站功率变动和合理利用峰谷电价情况下设计的一种充电控制方法。通过分析研究车辆充电时充电电压、电流、SOC与充电时间的关系曲线，制定一个中止充电的SOC值来提高充电排队效率；尽可能将充电时间安排在电价低的谷时段以降低充电运营成本，通过充电桩限功率方式对电网进行削峰填谷提高电网运行安全性。

2、有序充电方案设计

文中从三方面综合定义有序充电，一是针对充电桩短缺设计的电动汽车排队有序充电，通过计算电动汽车剩余充电时间和中止充电时的SOC来提供充电桩的充电效率和规划排队等候车辆充电次序；二是根据峰谷电价差异，合理安排有序充电时间，降低充电成本；三是对电网负荷曲线进行削峰填谷，减小负荷曲线方差，使充电设施与电网负荷协调互动而设计的有序充电策略。离散充电桩因分散无法有序充电管理难度大，因此，目前有序充电且主要应用于集中充电站。集中充电站的充电桩规模一般为20台～50台，主要服务对象为电动公交大巴，根据运营商需求，充电站主要分为专用充电站和公用充电站，专用充电站只对运营商制定的专用车（电动公交大巴等）提供充电服务，不对外运营；公用充电站除了服务专用车，同时对外营运，可以为所有社会电动车辆充电，文章将以两类充电站为对象进行有序充电研究。充电站服务系统如图１所示，站内充电桩通过4G/5G等物联网或互联网接入充电服务平台，充电服务平台为运营商提供给运营监控客户端，充电用户可以使用充电卡和手机APP方式充电，为了使充电站与电网负荷协调互动，充电服务平台接入充电站配电设备，该设备实时上送充电站可用功率信息至充电服务平台。针对集中式充电站文中设计的有序充电策略具有以下功能。

（1）减少车辆排队时间，通过计算在充车辆剩余充电时间和选择中止充电SOC值来提供充电站服效率和减少充电用户排队时间；

（2）降低充电成本，通过有序充电策略设计让车辆尽可能在电价低的谷时段充电。目前大多充电站根据 电网电价将充电时间分为平、谷、峰三个时段，分别对应正常计费、优惠计费以及高价计费，充电电价及阶梯时段如表1

表1充电电价及阶梯时段

时段区间	电价（元／度）	服务费（元／度）
峰 8 :00 - 11 :00 8:00 - 23 :00	1.09	0.8
平 7:00 - 8:00 11:00 - 18 :00 谷 23 :00 - 7 :00	0.68 0.36	0.8 0.8

(3)优化电网负荷，因用电高峰时期电网负荷压力会造成网损和降低电能质量，文章设计充电桩功率调节策略使充电站用电功率随电网需求动态调整。

3、专用充电站有序充电策略

目前专用集中式充电站大多用于电动公交大巴充电，文章以规模30台60kW直流桩服务100辆电动公交车的充电站为设计对象。为提高充电桩使用效率，减少车辆排队时间，文章分析了30多个充电数据，发现充电过程数据变化分析如表2所示。

表2充电过程数据分析

SOC/%	充电电压/V	充电电流/A	充电时间/min
30 ~ 95	574 ~ 586	97 ~ 101	66
95 ~ 99	574 ~ 580	71 ~ 73	23
99 ~ 100	574 ~ 580	47 ~ 48 ,	15

3.1峰平时段与排队有序充电策略设计

充电站内车辆运行模式一般是白天使用晚上充电，充电集中在谷电价时段，但因特殊情况需要白天峰或平电价时段充电时，为了降低充电成本，同时不影响 车辆运营，采取设定车辆中止充电的 SOC 上限值的充电策略，峰和平电价时段车辆 SOC 分别达到 80% 和90% 时结束充电，谷时段不设定 SOC 上限值。另一方面&#