簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

   近年來，電動汽車的銷售量和保有量持續(xù)大幅上升。2024 年上半年，海南、浙江、廣西新能源汽車銷售滲透率超過 50%，廣東、江蘇等 12 省市滲透率超過 40%。預計 2025 年全國新能源汽車保有量將超過 4000 萬輛，2030 年保有量將超過 8000 萬輛。如此大規(guī)模的電動汽車接入電網(wǎng)，如果充電行為無序，將對電網(wǎng)運行產(chǎn)生巨大影響。

   電動汽車充電負荷具有隨機性和集中性特點，如果大量電動汽車在電網(wǎng)負荷高峰時段同時充電，會使電網(wǎng)負荷曲線峰谷差進一步拉大，可能導致配電網(wǎng)線路過載、電壓跌落、配電網(wǎng)損耗增加、配電變壓器過載等問題，給電網(wǎng)安全運行帶來負擔。

   在能源及環(huán)境壓力下，對可再生清潔能源的利用已成為未來電網(wǎng)發(fā)展的確定趨勢。電動汽車作為可移動的儲能單元，與電網(wǎng)的互動可納入需求響應(yīng)的研究范疇，通過有序充電，可以更好地利用電動汽車的儲能特性，促進可再生能源的消納，推動能源結(jié)構(gòu)向清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型。

一、無序充電存在危害

1電網(wǎng)負荷失衡

   峰谷差增大：大量電動汽車無序充電，會使電網(wǎng)負荷曲線峰谷差進一步拉大。若眾多用戶習慣在下班回家后（通常是電網(wǎng)用電高峰時段）立即為電動汽車充電，瞬間涌入的大功率充電需求，會導致用電高峰負荷急劇攀升。與低谷時段的負荷差距加大，給電網(wǎng)的發(fā)電、輸電和配電帶來巨大挑戰(zhàn)。例如，在夏季高溫時段，居民空調(diào)用電本就處于高峰，此時若大量電動汽車無序充電，可能使電網(wǎng)負荷達到極限，甚至引發(fā)電力供應(yīng)不足。

   電壓波動與跌落：無序充電時，由于充電功率的隨機性和集中性，會造成局部電網(wǎng)電壓波動甚至跌落。當多個電動汽車在同一區(qū)域同時充電，且該區(qū)域電網(wǎng)供電能力有，線路電阻分壓增大，導致末端用戶電壓降低。這不僅影響電動汽車的充電速度和效率，還可能對周邊其他用電設(shè)備造成損害，如影響家電正常運行，縮短其使用壽命。

2電力設(shè)施壽命縮短

   配電變壓器過載：無序充電容易使配電變壓器長時間處于過載運行狀態(tài)。配電變壓器的設(shè)計容量是基于一定的負荷預測，如果電動汽車無序充電帶來的額外負荷超出其承受能力，變壓器繞組溫度會升高，加速絕緣老化，降低變壓器使用壽命。頻繁過載還可能引發(fā)變壓器故障，導致停電事故，影響區(qū)域內(nèi)所有用戶的正常用電。例如，在一些老舊小區(qū)，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，無序充電可能使配電變壓器不堪重負，頻繁出現(xiàn)故障。

   線路損耗增加：無序充電導致的電流波動和過大電流，會使輸電線路的電阻損耗增加。根據(jù)焦耳定律，電流通過電阻時會產(chǎn)生熱量，電流越大、時間越長，產(chǎn)生的熱量越多，損耗也就越大。這不僅增加了能源消耗，還可能使線路溫度過高，存在火災(zāi)隱患，同時也縮短了輸電線路的使用壽命，增加了維護成本。

3能源利用效率降低

   可再生能源消納受阻：在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下，大量可再生能源接入電網(wǎng)。電動汽車作為可移動儲能單元，本可通過有序充電促進可再生能源消納。但無序充電時，無法與可再生能源發(fā)電的波動性和間歇性有效匹配。例如，在風力發(fā)電豐富的時段，若電動汽車不能及時充電儲存電能，而在其他時段無序充電，會導致大量風電無法被充分利用，只能棄風，降低了能源利用效率，不利于能源結(jié)構(gòu)的清潔化轉(zhuǎn)型。

   發(fā)電成本上升：為了應(yīng)對無序充電帶來的負荷波動，電網(wǎng)需要頻繁調(diào)整發(fā)電設(shè)備的出力。這意味著發(fā)電設(shè)備不能在高效穩(wěn)定的工況下運行，增加了發(fā)電成本。例如，火電需要頻繁調(diào)整鍋爐燃燒和汽輪機轉(zhuǎn)速，導致能源消耗增加、發(fā)電效率降低。長期來看，這會推動電價上升，影響電力市場的穩(wěn)定和用戶的用電成本。

4用戶體驗與安全隱患

   充電效率降低：無序充電時，由于充電樁使用的隨機性，可能出現(xiàn)部分充電樁過度使用，而部分閑置的情況。用戶在高峰時段充電，可能需要長時間排隊等待，降低了充電效率，影響出行計劃。例如，在商業(yè)中心停車場，若大量電動汽車無序充電，用戶可能需要等待數(shù)小時才能充上電，給出行帶來極大不便。

   電池壽命受損：電動汽車電池在不恰當?shù)臅r間和功率下充電，可能影響電池壽命。如在高溫環(huán)境下，電池本就處于較為脆弱的狀態(tài)，若此時無序充電，過高的充電電流和溫度可能加速電池內(nèi)部化學反應(yīng)，導致電池容量衰減加快，降低電池使用壽命，增加用戶更換電池的成本。

   安全風險增加：無序充電可能導致充電設(shè)備過載、過熱，增加火災(zāi)等安全事故的發(fā)生概率。一些質(zhì)量不過關(guān)的充電設(shè)備，在無序充電的大電流沖擊下，更容易出現(xiàn)故障，引發(fā)電氣火災(zāi)。例如，部分私自改裝的充電設(shè)備，在無序充電時可能因無法承受電流而短路起火，威脅人身和財產(chǎn)安全。

04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(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充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(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(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)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

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)器部署實時數(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、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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。

4.3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(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4故障管理

設(shè)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(fā)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.5統(tǒng)計分析

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

4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)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(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

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(huán)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(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

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。

5系統(tǒng)硬件配置

05應(yīng)用場景

5.1城市公共充電站通過有序充電策略，在高峰時段限制部分充電功率，確保整體電網(wǎng)負荷穩(wěn)定。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化充電站的布點規(guī)劃，提高資源利用率。 

5.2商業(yè)綜合體及辦公園區(qū)采用預約充電+分時電價模式，引導用戶在非高峰時段充電，緩解局部電網(wǎng)壓力。結(jié)合光伏發(fā)電+儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源消納，提高經(jīng)濟效益。 

5.3高速公路服務(wù)區(qū)通過智能排隊管理系統(tǒng)，減少排隊等待時間，提高充電效率。結(jié)合遠程監(jiān)控和告警系統(tǒng)，確保充電設(shè)備的穩(wěn)定運行，減少運維成本。

06結(jié)語

   有序充電是提高充電站運營效率、保障電網(wǎng)穩(wěn)定的重要策略。AcrelCloud9000充電樁云平臺通過變壓器負荷監(jiān)測、智能調(diào)度、遠程控制等技術(shù)，實現(xiàn)了充電站的管理。未來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大數(shù)據(jù)分析，有序充電將進一步優(yōu)化，為新能源汽車的發(fā)展提供更加智能有效的充電解決方案。