淺談多目標優化約束條件下充電設施有序充電控制策略

安科瑞 陳聰

摘要：在全球能源危機爆發和氣候環境惡劣變化的大背景下，新能源汽車越來越受到人們的歡迎，很多國家都制定了以電代油的綠色交通政策。但是隨著電動汽車數量不斷增多，其大規模充電對電網造成的影響可能超過常規家電負荷對配電網造成的影響。因用戶充電習慣的不同，電動汽車的充電具有隨機性和不確定性的特點，但有序充電控制能降低電動汽車充電造成的不利影響，甚至可以將電動汽車充電看作是吸收新能源的途徑。光伏發電是一種清潔能源，近年來受國家政策的鼓勵，光伏產業發展迅速。然而，光伏發電強間歇性和不穩定性的特征，使得光伏并網存在很大的問題，出現了嚴重的限電現象。如果能利用電動汽車充電的新負荷吸收光伏等新能源的輸出，就可以同時解決上述電動汽車充電以及光伏發電中存在的問題。因此，研究電動汽車有序充電控制策略，對于吸收新能源、緩解電網壓力，具有重要的理論和現實意義。

關鍵詞：電動汽車；可再生能源；儲能電池；能量控制策略

引言

隨著電動汽車的普及，充電設施的需求日益增長，如何在多目標優化約束下實現充電設施的有序充電成為亟待解決的問題。

新能源汽車的快速發展為清潔能源和可持續交通帶來了新機遇，但也引出了許多問題。其中，充電設施的有序充電控制策略在多目標優化約束條件下顯得尤為重要。

隨著電動汽車數量的迅速增加，其對電力系統的影響日益顯著。一方面，電動汽車的充電需求劇增，電網負荷。電動汽車的充電需求主要體現在數量增長和充電時間延長兩個方面。數量上，電動汽車作為新興交通工具，正以的速度增長，已成為主流交通工具之一。充電時間方面，由于電動汽車電池容量較大，充滿一次電往往需要數小時。這兩個因素共同作用，使得充電設施的負荷越來越大，對電網的穩定運行構成威脅。電網的設計和運行需要在穩定的負荷范圍內進行，負荷過大可能導致電網的電壓和頻率波動，影響電網穩定運行，還會對電網設備造成損害，縮短設備使用壽命。

另一方面，充電成本面臨上漲壓力。隨著電動汽車的普及，充電需求的激增不僅對電網穩定運行構成威脅，還可能引發充電成本上升。當電網負荷達到或超過設計時，為保證電網安全穩定運行，可能需要投入更多資源進行擴容或升級，這些額外成本可能轉嫁到消費者身上，表現為充電價格上漲。此外，隨著電動汽車數量增加，電網負荷相應增加，這就需要在電網規劃和建設階段考慮電動汽車充電需求，預留足夠容量。然而，這樣的預留可能導致電網建設初期投資增加，進而影響充電價格。

原本吸引車主的低用車成本優勢正逐步減弱，相對降低了新能源汽車的吸引力。充電成本的上漲已成為購買新能源汽車時考慮的因素。在購買新能源汽車時，我們需要權衡各方面因素，以確保自己的投資能夠得到合理的回報。

有序充電策略研究的背景和意義

隨著電動汽車的快速發展，對充電設施有序充電控制策略的研究具有重要意義。

2.1提高充電設施利用效率

目前，隨著電動汽車數量的迅速增加，充電設施的負荷越來越大，通過有序充電控制策略，可以合理分配充電時間和功率，提高充電樁的利用率，避免資源浪費。例如，智能充電管理系統可以利用物聯網、大數據和人工智能技術，實時監測電網狀態和預測負荷，智能調度充電過程，使充電設施在不同時間段得到更有效的利用。

共享充電樁的建設成本較低，可以在各種場所進行布置，如商業街區、社區、公共停車場等。通過有序充電管理，可以提高共享充電樁的使用效率，為車主提供更加便捷、可靠、靈活的充電服務。

2.2保障電網穩定運行

無序充電會導致電網在某些時段出現負荷高峰，影響電網穩定運行。而有序充電則通過智能調度，在電網負荷較低時段安排充電，平滑負荷曲線，避免“峰上加峰”，減輕電網壓力。例如，國家能源局印發的《配電網高質量發展行動實施方案（2024—2027年）》提出，建設一批滿足新型主體接入的項目，結合分布式新能源的資源條件、開發布局和投產時序，有針對性加強配電網建設，提高配電網對分布式新能源的接納、配置和調控能力，滿足電動汽車充電基礎設施的用電需求。

有序充電有助于控制局部區域的充電功率，防止因集中充電導致的電壓下降，維持配電網的電壓穩定性和供電質量。同時，通過減少負荷高峰期的充電活動，有序充電可以降低輸電和配電線路的損耗，提高電網整體效率。

2.3促進電動汽車產業發展

隨著充電成本的上漲，新能源汽車的吸引力相對降低。通過有序充電控制策略，可以降低充電成本，提高新能源汽車的競爭力，促進電動汽車產業的發展。例如，多時段動態充電價格可以通過調整不同時間段的充電費用，激勵用戶在低電價時段充電，從而引導充電行為。

有序充電管理對于緩解電網壓力、保障供電質量、促進新能源消納及實現可持續發展目標具有重要意義。通過技術創新和政策支持，可以有效推動電動汽車與電網的和諧共生，為電動汽車產業的發展創造良好的環境。

3.多目標優化約束下充電設施有序充電控制策略的現狀分析

3.1國外研究進展

目前，國外在多目標優化約束下充電設施有序充電控制策略方面取得了一些先進經驗和研究成果。例如，一些國家通過智能電網技術和先進的充電管理系統，實現了對電動汽車充電的有效控制和優化。他們利用大數據分析和預測模型，實時監測電網負荷和電動汽車充電需求，動態調整充電功率和時間，以達到優化電網運行、降低充電成本和提高充電設施利用效率的目的。此外，國外還在研究新型的充電技術和設備，如無線充電、快速充電等，以滿足不同用戶的需求。

3.2國內研究現狀

在國內，隨著電動汽車的快速發展，相關研究也在不斷深入。目前，國內學者和企業主要從以下幾個方面進行研究：

電網優化方面：研究如何通過有序充電控制策略，降低電動汽車充電對電網的影響，提高電網的穩定性和可靠性。例如，通過分時電價、功率調節等手段，引導用戶在電網負荷較低時段充電，平滑負荷曲線。

用戶需求滿足方面：關注用戶的充電時間、充電電量等需求，研究如何提供更加便捷、的充電服務。例如，建設更多的快充站和慢充站，滿足不同用戶的充電需求；通過智能充電管理系統，為用戶提供個性化的充電方案。

充電設施規劃方面：考慮未來電動汽車的發展趨勢，合理規劃充電設施的布局和數量。例如，根據區域內電動汽車的保有量、充電需求等因素，進行充電樁的布局和規劃，提高充電樁的利用率。

然而，國內研究也存在一些問題，如：

技術標準不統一：目前國內充電設施的技術標準還不夠統一，不同廠家的充電設備兼容性較差，影響了充電設施的互聯互通和有序充電控制策略的實施。

用戶參與度不高：雖然分時電價等政策可以引導用戶有序充電，但目前用戶的參與度還不高，部分用戶對有序充電的認識不足，缺乏主動參與的積極性。

協同管理難度大：充電設施有序充電涉及到電網、用戶、充電設施運營商等多個主體，協同管理難度較大。目前，各主體之間的信息共享和協調機制還不夠完善，影響了有序充電控制策略的效果。

3.3現有控制策略的優缺點

目前已有的充電設施有序充電控制策略主要包括分時電價策略、智能充電管理系統以及雙層優化目標下的有序充電策略等，這些策略在提高充電設施利用效率、保障電網穩定運行以及促進電動汽車產業發展等方面發揮了重要作用，但同時也存在一些不足之處。

4安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維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功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、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，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

4.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

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系統硬件配置

總結

本文針對多目標優化約束下充電設施有序充電控制策略進行了深入研究，從多目標優化約束下充電設施有序充電控制策略的現狀得到分析

國內外研究現狀：國外在多目標優化約束下充電設施有序充電控制策略方面取得了一些先進經驗和研究成果，如通過智能電網技術和先進的充電管理系統，實現了對電動汽車充電的有效控制和優化。國內學者和企業主要從電網優化、用戶需求滿足、充電設施規劃等方面進行研究。

現有控制策略的優缺點：現有控制策略主要包括分時電價策略、智能充電管理系統以及雙層優化目標下的有序充電策略等。這些策略在提高充電設施利用效率、保障電網穩定運行以及促進電動汽車產業發展等方面發揮了重要作用，但同時也存在技術標準不統一、用戶參與度不高、協同管理難度大等不足之處。

參考文獻：

[1]韓偉．多目標優化約束條件下充電設施有序充電控制策略研究

[2]劉勝永，曹括，周冀龍，等．基于SOC的V2G充電樁充放電控制策略研究

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版