基于物聯(lián)網(wǎng)的有序充電管理系統(tǒng):實現(xiàn)充電樁智能化管理
摘要:近年來,,隨著新能源汽車銷量的快速增長,充電樁數(shù)量也急劇增加,,這給電網(wǎng)和變壓器帶來了較大的負荷壓力,。與此同時,,在新型電力系統(tǒng)背景下,,以光伏為主的分布式發(fā)電占比不斷提升,,新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性與充電需求的不確定性疊加,進一步加劇了電網(wǎng)運行的挑戰(zhàn),。本文提出了一種基于新型電力系統(tǒng)的有序充電管理解決方案,,該方案通過優(yōu)化充電調(diào)度,能夠有效利用新能源發(fā)電,,減少電網(wǎng)波動,幫助充電樁運營單位降低建設(shè)與運營成本,,同時提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性,。
1 有序充電管理系統(tǒng)建設(shè)的重要性
截至2024年6月底,全國新能源汽車保有量已達2472萬輛,。根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù),,截至2024年4月,全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量達到961.3萬臺,。這些數(shù)據(jù)不僅彰顯了中國新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展,,也標志著電動出行時代的加速到來,。與此同時,截至2024年3月底,,全國可再生能源裝機容量達到15.85億千瓦,,約占全國總裝機容量的52.9%,新能源在電力系統(tǒng)中的占比持續(xù)提升,。
然而,,新能源發(fā)電受天氣影響波動較大,而新能源汽車充電需求也具有高度不確定性,,兩者的疊加給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來了巨大挑戰(zhàn),。在此背景下,通過系統(tǒng)化手段預(yù)測新能源發(fā)電能力和負荷需求,,并基于預(yù)測結(jié)果對新能源發(fā)電,、儲能系統(tǒng)以及充電需求進行合理調(diào)控與引導(dǎo),不僅可以提升新能源消納能力,,還能增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,,同時降低用戶的充電成本,實現(xiàn)多方共贏,。

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖
2 有序充電系統(tǒng)建設(shè)
有序充電系統(tǒng)由預(yù)測算法,、能量管理策略、有序充電策略和充電樁運營管理系統(tǒng)等構(gòu)成,。預(yù)測算法包括光伏發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測,,是利用歷史數(shù)據(jù)對未來 24 小時至72小時的光伏發(fā)電和負荷需求進行預(yù)測,主要目的是為能量管理系統(tǒng)和有序充電策略提供未來時間的可用負荷容量和能量管理策略,。通過對儲能裝置的充放電調(diào)控和引導(dǎo)充電需求,,實現(xiàn)負荷的削峰填谷,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性,,降低充電成本,,通過以上算法和軟件構(gòu)成的一體化充電服務(wù)體系來提高運營競爭力。

圖2 有序充電管理系統(tǒng)功能模塊
嘉定是上海汽車產(chǎn)業(yè)聚集地,,嘉定供電公司與國網(wǎng)電動汽車服務(wù)有限公司合作開展智慧充放電示范試點項目,,應(yīng)用有序充電技術(shù),統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動汽車與電網(wǎng)電力電量平衡,,有效地提高電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行的有序性,、可靠性、經(jīng)濟性,,實現(xiàn)電動汽車,、儲能、分布式電源等新型用能設(shè)備的數(shù)據(jù)感知、采集和控制,,統(tǒng)一協(xié)調(diào),,有序運行。智慧有序充電建設(shè)通過對用戶充電行為,、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動調(diào)控,,降低配變峰值負荷超過30%,將80%充電量優(yōu)化調(diào)整到了配變負荷低谷時段,,使配變接納充電樁能力提高4倍,,顯著提升配電網(wǎng)資源利用率,實現(xiàn)削峰填谷,。

圖3 有序充電管理解決方案
3 安科瑞有序充電解決方案
3.1 預(yù)測算法
光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù),、實時環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實時輸出功率數(shù)據(jù),、光伏組件運行狀態(tài)等信息,,結(jié)合相關(guān)算法模型,實現(xiàn)短期功率預(yù)測(預(yù)測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率,,時間分辨率為15min),、超短期功率預(yù)測(預(yù)測未來15min-4h的光伏輸出功率,時間分辨率為15min)功能,。負荷預(yù)測根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù),,結(jié)合生產(chǎn)計劃、天氣等因素預(yù)測下一個周期的負荷需求,,協(xié)助安排能源計劃和控制策略,。
系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測數(shù)據(jù)計算充電可用容量,結(jié)合充電歷史特點對儲能進行充放電控制,,或調(diào)整電動汽車充電功率,、價格進行調(diào)控,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低充電成本,。
圖4 光功率預(yù)測
3.2 能量管理策略
能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調(diào)分配技術(shù),,基于在通用設(shè)計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略,實現(xiàn)配網(wǎng),、分布式可再生能源發(fā)電,、儲能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動融合和靈活調(diào)配,。系統(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進行優(yōu)化調(diào)控,,有效消除峰谷差、平滑負荷,,短時柔性擴容,提高電力設(shè)備運行效率、補償負荷波動,。同時在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電,、儲能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式,,有效防止逆功率,。
圖5 能量管理策略
3.3 有序充電
有序充電策略主要根據(jù)負荷允許容量變化來進行充電許可或充電功率控制,采用先到先充或權(quán)限優(yōu)先等策略,,保障電網(wǎng)運行穩(wěn)定,。系統(tǒng)實時監(jiān)測變壓器負荷率,計算變壓器剩余容量,,結(jié)合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進行動態(tài)控制,,包括:用戶權(quán)限識別、充電行為統(tǒng)計,、充電功率控制,、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求,,培養(yǎng)用戶充電習慣,,提高電網(wǎng)對充電的友好度和容納能力。
圖6 有序充電管理
3.4 充電運營管理
安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng),,可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控,、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,,提升用戶的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量,。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊等待的情況,,同時也能為充電站提供更準確的充電需求數(shù)據(jù),,方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電,、尋樁導(dǎo)航,、訂單管理、充電樁監(jiān)控,、收益分析等功能,。
圖7 充電運營管理
4 充電樁設(shè)備
安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設(shè)計,單樁至大充電功率240kW,,充電電壓150V-1000V,,單樁至大電流250A,滿足用戶快速充電需求,。
圖8 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁
除了分體式充電樁外,,公司還提供160kW,、120kW、80kW,、60kW,、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁,滿足各種場合的充電要求,。
充電樁產(chǎn)品符合NB/T 11305.2-2023《電動汽車充放電雙向互動 第2 部分:有序充電》要求,,有序充電管理系統(tǒng)、有序充電設(shè)備,、用戶交互功能,、系統(tǒng)響應(yīng)時間等均滿足有序充電的要求。
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