淺談電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略

安科瑞 陳聰

摘要：本研究旨在探索電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略。分析了電動汽車充放電原理及分群調(diào)度理論依據(jù)，指出傳統(tǒng)分群調(diào)度策略的局限性，構(gòu)建了多維度分群指標(biāo)體系及智能優(yōu)化算法應(yīng)用。詳細(xì)闡述了分群調(diào)度策略的實(shí)施步驟、挑戰(zhàn)與效果評估指標(biāo)體系。研究結(jié)論表明該策略在提高電網(wǎng)效率和用戶滿意度方面成效顯著，未來還需在技術(shù)創(chuàng)新、用戶行為研究及政策合作等方面進(jìn)一步探索。

關(guān)鍵詞：電動汽車；有序充放電；分群調(diào)度；智能優(yōu)化算法

1. 引言

1.1 研究背景

電動汽車發(fā)展迅猛，其充放電調(diào)度問題日益凸顯。當(dāng)前研究多聚焦傳統(tǒng)策略，缺乏創(chuàng)新視角。

隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和能源危機(jī)的日益加劇，電動汽車作為一種綠色、環(huán)保的交通工具，得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到 2025 年，全球電動汽車銷量將超過 1000 萬輛。然而，大規(guī)模電動汽車的無序充放電行為可能會給電網(wǎng)帶來諸多問題，如負(fù)荷波動、電壓不穩(wěn)定等。因此，研究電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車充放電調(diào)度問題進(jìn)行了大量的研究。傳統(tǒng)的調(diào)度策略主要包括集中式調(diào)度和分布式調(diào)度兩種。集中式調(diào)度由中央控制器對所有電動汽車進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，雖然可以實(shí)現(xiàn)全局，但存在計(jì)算量大、通信成本高、可靠性低等問題。分布式調(diào)度則將調(diào)度權(quán)下放到各個(gè)電動汽車，通過局部信息交互實(shí)現(xiàn)調(diào)度，雖然具有較高的靈活性和可靠性，但難以保證全局。

此外，當(dāng)前的研究多聚焦于傳統(tǒng)的調(diào)度策略，缺乏創(chuàng)新視角。例如，很少有研究考慮到電動汽車用戶的行為特征和心理因素對充放電調(diào)度的影響。實(shí)際上，電動汽車用戶的行為特征和心理因素會對其參與充放電調(diào)度的性產(chǎn)生重要影響。如果能夠充分考慮這些因素，制定出更加合理的調(diào)度策略，將有助于提高電動汽車用戶的參與度，從而更好地實(shí)現(xiàn)電動汽車的有序充放電。

2.電動汽車充放電理論基礎(chǔ)

2.1 電動汽車充放電原理

電動汽車的電池為鋰電池，充放電都是直流電。電網(wǎng)輸送的電為交流電，不能直接給電池充電，需要轉(zhuǎn)換。七孔交流慢充口接受交流電，通過車載充電機(jī)轉(zhuǎn)化直流電給電池供電；九孔直流快充口接受直流電，直接給到電池。

2.1.1 充電過程對電網(wǎng)的沖擊

當(dāng)大規(guī)模電動汽車同時(shí)充電時(shí)，會給電網(wǎng)帶來巨大負(fù)荷驟增問題。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，若情況下，6000 萬輛電動汽車同時(shí)進(jìn)行充電時(shí)，其峰值充電功率可達(dá) 5 億千瓦，預(yù)計(jì)將會占到 2030 年我國裝機(jī)總?cè)萘康?26%左右。如此大規(guī)模的充電需求會使電網(wǎng)在短時(shí)間內(nèi)承受巨大壓力，可能導(dǎo)致局部地區(qū)電網(wǎng)過載，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在用電高峰期，大量電動汽車同時(shí)充電可能會使電網(wǎng)負(fù)荷超出其承受能力，造成電壓下降、頻率波動等問題，甚至可能引發(fā)電網(wǎng)故障。

2.1.2 放電機(jī)制及優(yōu)勢

電動汽車向電網(wǎng)放電具有一定的可行性，并且對電網(wǎng)穩(wěn)定性有重要貢獻(xiàn)。電動汽車在制動或減速時(shí)可以通過回饋能量回收系統(tǒng)將一部分動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存在電池中。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)，電動汽車可以將儲存的電能反向輸送給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。這種放電機(jī)制可以有效提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在夏季用電高峰時(shí)段，大量空調(diào)等電器設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，電網(wǎng)負(fù)荷壓力巨大。此時(shí)，若有一定數(shù)量的電動汽車向電網(wǎng)放電，可以緩解電網(wǎng)壓力，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。此外，電動汽車的放電還可以提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。因?yàn)殡妱悠嚨碾姵乜梢宰鳛橐环N分布式儲能設(shè)備，在電網(wǎng)需要時(shí)提供電能，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置。

2.2 分群調(diào)度理論依據(jù)

電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略具有堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，多種分群方法的合理性和有效性為該策略的實(shí)施提供了有力支持。

2.2.1 基于用戶需求的分群

日常通勤用戶通常需要短時(shí)間快速充電，以滿足每日上下班的出行需求。他們的充電時(shí)間相對集中在工作日的早晚高峰時(shí)段外，例如中午休息時(shí)間或者下班后回家的時(shí)間段。這類用戶更注重充電的便捷性和快速性，對充電設(shè)施的布局要求較高，希望在工作地點(diǎn)或居住地附近能夠方便地找到充電樁。而長途旅行用戶則需要長時(shí)間慢速充電，以保證在旅途中有足夠的續(xù)航里程。他們的充電時(shí)間相對靈活，但更關(guān)注充電設(shè)施的覆蓋范圍和充電速度的穩(wěn)定性。

根據(jù)日常通勤與長途旅行用戶不同充電需求進(jìn)行分群具有合理性。首先，不同類型的用戶對充電服務(wù)的要求存在明顯差異，分群后可以更好地滿足他們的個(gè)性化需求。例如，對于日常通勤用戶，可以在其工作地點(diǎn)和居住小區(qū)附近合理布局快速充電樁，提供便捷的充電服務(wù)；對于長途旅行用戶，可以在高速公路服務(wù)區(qū)、主要交通干道沿線等地點(diǎn)設(shè)置大功率慢速充電樁，滿足他們長時(shí)間充電的需求。其次，基于用戶需求的分群可以提高充電設(shè)施的使用效率。通過了解不同用戶群體的充電習(xí)慣，可以合理安排充電樁的建設(shè)和運(yùn)營，避免資源浪費(fèi)。例如，對于日常通勤用戶集中的區(qū)域，可以根據(jù)其充電時(shí)間規(guī)律，合理調(diào)整充電樁的功率和數(shù)量，提高充電設(shè)施的利用率。

2.2.2 基于電網(wǎng)需求的分群

根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況進(jìn)行分群是實(shí)現(xiàn)削峰填谷的重要手段。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，鼓勵電動汽車充電，以儲存電能；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，引導(dǎo)電動汽車向電網(wǎng)放電，以緩解電網(wǎng)壓力。例如，在夜間電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，可以將部分電動汽車歸為一個(gè)群組，集中進(jìn)行充電，充分利用低谷電能。而在白天用電高峰時(shí)段，如夏季高溫天氣下空調(diào)等電器設(shè)備大量使用時(shí)，將部分具有較高剩余電量的電動汽車歸為另一個(gè)群組，向電網(wǎng)放電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。

這種分群方法的有效性在于它能夠有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理安排電動汽車的充放電時(shí)間和功率，可以減少電網(wǎng)負(fù)荷波動，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。同時(shí)，基于電網(wǎng)需求的分群還可以促進(jìn)可再生能源的消納。例如，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電高峰期，將電動汽車作為儲能設(shè)備，吸收多余的電能，提高可再生能源的利用率。此外，這種分群方法還可以為電動汽車用戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)利益。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期充電，電價(jià)相對較低，可以降低用戶的充電成本；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期向電網(wǎng)放電，用戶可以獲得一定的收益。

3.現(xiàn)有分群調(diào)度策略分析

3.1 傳統(tǒng)分群調(diào)度策略

傳統(tǒng)的分群調(diào)度策略在電動汽車有序充放電中發(fā)揮了一定的作用，但也存在著一些局限性。

3.1.1 按車型和充電方式分群

根據(jù)車型、充電方式對電動汽車分群是一種常見的傳統(tǒng)分群調(diào)度方法。有研究表明，不同車型的電動汽車在電池容量、續(xù)航里程等方面存在差異，而不同的充電方式也會影響充電時(shí)間和電網(wǎng)負(fù)荷。例如，小型電動汽車的電池容量相對較小，可能更適合快速充電方式；而大型電動汽車的電池容量較大，可能更適合慢速充電方式。

這種分群方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠根據(jù)電動汽車的具體特點(diǎn)進(jìn)行分類調(diào)度，提高充電效率和電網(wǎng)穩(wěn)定性。然而，這種分群方式也存在一定的局限性。首先，車型和充電方式的分類標(biāo)準(zhǔn)相對單一，不能充分考慮用戶的出行需求和電網(wǎng)的動態(tài)變化。其次，不同車型和充電方式之間的兼容性問題也需要進(jìn)一步解決。例如，某些充電樁可能只適用于特定車型或充電方式，這就限制了電動汽車的充電選擇。

3.1.2 按充電時(shí)間分群

以夜間和白天充電需求差異為例，這種分群方式具有明顯的特點(diǎn)。在一些地區(qū)，電動汽車用戶在白天可能有較高的充電需求，而在夜晚則較低；而在另一些地區(qū)，用戶的充電需求可能恰恰相反。例如，在城市中心區(qū)域，白天由于商業(yè)活動和通勤需求，電動汽車的充電需求較高；而在夜晚，大部分車輛停放在住宅區(qū)，充電需求相對較低。

這種分群方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠根據(jù)不同時(shí)間段的充電需求進(jìn)行合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)削峰填谷的效果。例如，在夜間電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，可以鼓勵電動汽車充電，以充分利用低谷電能；而在白天電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，可以引導(dǎo)部分電動汽車向電網(wǎng)放電，緩解電網(wǎng)壓力。然而，這種分群方式也存在一些問題。首先，充電時(shí)間的分群可能會受到用戶出行習(xí)慣的影響，具有一定的不確定性。例如，用戶的出行計(jì)劃可能會發(fā)生變化，導(dǎo)致充電時(shí)間與預(yù)期不符。其次，這種分群方式需要建立在準(zhǔn)確的充電需求預(yù)測基礎(chǔ)上，而目前的充電需求預(yù)測技術(shù)還存在一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)高精度的預(yù)測。

3.2 考慮用戶滿意度的分群調(diào)度

電動汽車分群調(diào)度策略中，提高用戶滿意度至關(guān)重要。以下將結(jié)合具體案例分析如何在分群調(diào)度中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.2.1 用戶需求和偏好分析

用戶的出行習(xí)慣對于電動汽車的充放電需求有著重要影響。例如，一些用戶可能每天都有固定的通勤路線，對充電設(shè)施的位置要求較高，希望在通勤路線附近能夠方便地找到充電樁。而另一些用戶可能經(jīng)常進(jìn)行長途旅行，對充電速度和充電設(shè)施的覆蓋范圍更為關(guān)注。通過了解用戶的出行習(xí)慣，可以為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)，提高用戶滿意度。

以某城市的電動汽車用戶為例，該城市的部分用戶主要在市區(qū)內(nèi)進(jìn)行日常通勤，通過大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，這些用戶通常在工作日的早晚高峰時(shí)段外有充電需求，且更傾向于快速充電方式。針對這一需求，相關(guān)部門在這些用戶的工作地點(diǎn)和居住小區(qū)附近合理布局了快速充電樁，同時(shí)通過手機(jī)應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┏潆姌段恢貌樵?、預(yù)約充電等服務(wù)，大大提高了用戶的充電便利性。

對于經(jīng)常進(jìn)行長途旅行的用戶，可以通過智能導(dǎo)航系統(tǒng)為其沿途的充電樁位置，并提供充電速度、剩余充電樁數(shù)量等信息，讓用戶能夠提前規(guī)劃行程，減少因充電問題帶來的焦慮。此外，還可以為這些用戶提供特殊的充電套餐，如在高速公路服務(wù)區(qū)的充電樁享受一定的優(yōu)惠價(jià)格，以提高用戶的滿意度。

3.2.2 反饋機(jī)制與用戶建議

建立有效的反饋機(jī)制是優(yōu)化分群調(diào)度策略、提高用戶滿意度的重要手段。可以通過手機(jī)應(yīng)用程序、網(wǎng)站等渠道收集用戶的意見和建議，了解用戶在使用電動汽車過程中的問題和需求。

例如，某電動汽車充電服務(wù)提供商通過手機(jī)應(yīng)用程序建立了用戶反饋渠道，用戶可以在使用過程中隨時(shí)提交對充電樁的位置、充電速度、服務(wù)質(zhì)量等方面的意見和建議。該服務(wù)提供商定期對用戶反饋進(jìn)行分析，根據(jù)用戶的需求對充電樁的布局進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化充電服務(wù)流程，提高服務(wù)質(zhì)量。

同時(shí)，還可以通過開展用戶滿意度調(diào)查等方式，了解用戶對分群調(diào)度策略的滿意度。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對分群調(diào)度策略進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以更好地滿足用戶的需求。例如，如果用戶對某個(gè)群組的充電時(shí)間安排不滿意，可以根據(jù)用戶的建議進(jìn)行調(diào)整，提高用戶的滿意度。

通過以上措施，可以在分群調(diào)度中有效地提高用戶滿意度，推動電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)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(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)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(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

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(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)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(fèi)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(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)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(diǎn)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(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)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(jìn)行賬戶進(jìn)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(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。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(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)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

5.結(jié)論

本研究提出的電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略取得了顯著的成果和貢獻(xiàn)。

首先，通過建立多維度分群指標(biāo)體系，融合了用戶需求、電網(wǎng)需求和環(huán)境因素，實(shí)現(xiàn)了更加、準(zhǔn)確的分群調(diào)度。

在實(shí)施過程中，先確定不同用戶群體的特征和需求，為分群調(diào)度提供了重要的決策依據(jù)。同時(shí)，先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備支持，如智能充電設(shè)備、智能充電管理系統(tǒng)以及先進(jìn)的通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，確保了分群調(diào)度策略的有效實(shí)施。盡管實(shí)施過程中面臨著數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、技術(shù)和設(shè)備成本以及用戶接受度等挑戰(zhàn)，但通過采取相應(yīng)的措施，可以逐步克服這些問題。

效果評估指標(biāo)體系表明，分群調(diào)度策略在提高電網(wǎng)效率和用戶滿意度方面發(fā)揮了重要作用。負(fù)荷峰谷差減小程度顯著，電網(wǎng)穩(wěn)定性提高，可再生能源的消納能力增強(qiáng)。同時(shí)，用戶的充電便利性和費(fèi)用滿意度也得到了提升。

綜上所述，本研究的創(chuàng)新分群調(diào)度策略為電動汽車的有序充放電提供了科學(xué)、合理的解決方案，對推動電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展，促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]朱心月，岳云濤.電動汽車有序充放電分群調(diào)度策略

[2]袁 欣，胡文博. 考慮電動汽車有序充電的配電網(wǎng)重構(gòu)降損策略

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版