基于物聯網的有序充電管理系統：實現充電樁智能化管理

時間：2025/3/17閱讀：334

摘要：近年來，隨著新能源汽車銷量的快速增長，充電樁數量也急劇增加，這給電網和變壓器帶來了較大的負荷壓力。與此同時，在新型電力系統背景下，以光伏為主的分布式發電占比不斷提升，新能源發電的不穩定性與充電需求的不確定性疊加，進一步加劇了電網運行的挑戰。本文提出了一種基于新型電力系統的有序充電管理解決方案，該方案通過優化充電調度，能夠有效利用新能源發電，減少電網波動，幫助充電樁運營單位降低建設與運營成本，同時提升電網運行的穩定性和經濟性。

1 有序充電管理系統建設的重要性

截至2024年6月底，全國新能源汽車保有量已達2472萬輛。根據中國充電聯盟數據，截至2024年4月，全國充電基礎設施累計數量達到961.3萬臺。這些數據不僅彰顯了中國新能源汽車市場的蓬勃發展，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%，新能源在電力系統中的占比持續提升。

然而，新能源發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穩定運行帶來了巨大挑戰。在此背景下，通過系統化手段預測新能源發電能力和負荷需求，并基于預測結果對新能源發電、儲能系統以及充電需求進行合理調控與引導，不僅可以提升新能源消納能力，還能增強電力系統的穩定性，同時降低用戶的充電成本，實現多方共贏。

圖1 有序充電管理系統示意圖

2 有序充電系統建設

有序充電系統由預測算法、能量管理策略、有序充電策略和充電樁運營管理系統等構成。預測算法包括光伏發電預測和負荷預測，是利用歷史數據對未來 24 小時至72小時的光伏發電和負荷需求進行預測，主要目的是為能量管理系統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控和引導充電需求，實現負荷的削峰填谷，提高電網運行穩定性，降低充電成本，通過以上算法和軟件構成的一體化充電服務體系來提高運營競爭力。

圖2 有序充電管理系統功能模塊

嘉定是上海汽車產業聚集地，嘉定供電公司與國網電動汽車服務有限公司合作開展智慧充放電示范試點項目，應用有序充電技術，統籌協調電動汽車與電網電力電量平衡，有效地提高電動汽車與電網協調運行的有序性、可靠性、經濟性，實現電動汽車、儲能、分布式電源等新型用能設備的數據感知、采集和控制，統一協調，有序運行。智慧有序充電建設通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導與主動調控，降低配變峰值負荷超過30%，將80%充電量優化調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，顯著提升配電網資源利用率，實現削峰填谷。

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 預測算法

光伏發電功率預測系統通過采集數值天氣預報數據、實時環境氣象數據、光伏電站實時輸出功率數據、光伏組件運行狀態等信息，結合相關算法模型，實現短期功率預測（預測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）、超短期功率預測（預測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負荷預測根據歷史負荷數據，結合生產計劃、天氣等因素預測下一個周期的負荷需求，協助安排能源計劃和控制策略。

系統結合光伏發電預測和負荷預測數據計算充電可用容量，結合充電歷史特點對儲能進行充放電控制，或調整電動汽車充電功率、價格進行調控，提高系統穩定性的同時降低充電成本。

圖4 光功率預測

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調分配技術，基于在通用設計平臺和運行環境上開發能量協調控制策略，實現配網、分布式可再生能源發電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動融合和靈活調配。系統在保障變壓器安全運行前提下進行優化調控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網送電的情況下還可以通過調節光伏發電、儲能充電、調節充電樁等方式，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，采用先到先充或權限優先等策略，保障電網運行穩定。系統實時監測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結合充電需求和儲能系統放電容量對充電進行動態控制，包括：用戶權限識別、充電行為統計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調整充電價格等方式來引導用戶充電需求，培養用戶充電習慣，提高電網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網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理，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質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，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據，方便后續的調度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監控、收益分析等功能。