論光伏直流智能充電樁的有序充電策略及其應用實踐

摘要：在當下能源轉型的大背景之中，光伏 - 直流智能充電樁憑借其高效、環(huán)保的顯著特性，正逐漸成為未來充電基礎設施的關鍵發(fā)展走向。本文深入探究其有序充電策略以及應用成效。鑒于光伏電能產出與電動汽車充電需求在時間維度上存在不匹配的情況，給電網穩(wěn)定性帶來了較大壓力，故而提出一種全新的有序充電策略，旨在滿足充電需求的基礎上，減少外網供電量，有效提升光伏的自消納能力以及負荷滿足率。

關鍵詞：充電樁；有序充電策略；電動汽車；S2V；直流系統(tǒng)

0引言

在雙碳目標的引領下，以風能和太陽能發(fā)電為主的可再生能源將得到廣泛應用。建筑屋頂光伏作為其中的重要組成部分，到 2025 年，公共機構新建建筑屋頂光伏覆蓋率預計將達到 50%，以建筑屋頂光伏系統(tǒng)為代表的分布式能源系統(tǒng)也會大量應用。然而，大規(guī)模分布式光伏接入電網可能會對電網的安全運行產生不利影響，如何有效實現(xiàn)就地消納是亟待研究的問題。電動汽車市場呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，預計到 2030 年中國將擁有約 8000 萬輛電動汽車。如此龐大的數(shù)量，其充電需求必然會對區(qū)域電力系統(tǒng)造成巨大壓力。值得注意的是，約 90% 以上的私家電動汽車在大部分時間都停放在建筑內或周邊停車場，這使得其充電過程與建筑能源系統(tǒng)緊密融合。因此，探究電動汽車與建筑光伏的互動方式，并挖掘其對建筑光伏的利用潛力，對于降低碳排放具有重要意義。

自 2009 年利用太陽能為電動汽車充電（S2V）的概念提出后，相關硬件、經濟性和策略方面的研究成果不斷涌現(xiàn)。但目前電動汽車主要采用恒功率充電模式，這導致了大量的瞬時尖峰負荷，給電網帶來了沉重的壓力。同時，光伏電力具有波動性、隨機性和間歇性等不穩(wěn)定特征，與電力需求側的負荷匹配度較低。在實際的 S2V 場景中，常常需要從電網獲取電力為電動汽車充電，而部分光伏電能卻無法得到有效利用。因此，設計一種新的有序充電策略，使電動汽車充電需求與光伏發(fā)電特性相適應，對于綠色電能的消納至關重要。

1.光伏-直流智能充電樁的優(yōu)勢

1.1環(huán)保節(jié)能

利用太陽能進行光伏發(fā)電，可大幅減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放。與傳統(tǒng)交流充電樁相比，直流充電樁的充電速度更快，能夠更有效地為電動汽車提供能量。

1.2穩(wěn)定可靠

光伏系統(tǒng)能夠在白天為充電樁提供相對穩(wěn)定的電力供應，降低電網波動對充電過程的影響。同時，智能充電樁配備了完善的保護功能，切實保障充電安全可靠。

1.3成本效益

盡管初期投資相對較高，但從長遠來看，光伏 - 直流智能充電樁可以降低運營成本。通過利用太陽能，減少了電費支出，同時提高了充電設施的利用率。

2.有序充電策略

2.1智能調度

通過充電樁與電網的通信，實現(xiàn)智能調度。根據(jù)電網負荷情況、光伏發(fā)電量以及電動汽車的充電需求，合理安排充電時間和功率，避免在高峰時段充電，減輕電網壓力。
例如，在電網負荷較低的時段，如夜間或凌晨，提高充電樁的輸出功率，加快充電速度；而在電網負荷高峰時段，降低充電功率或暫停充電，以平衡電網供需。

2.2功率控制

根據(jù)電動汽車的電池狀態(tài)和充電需求，動態(tài)調整充電功率。當電池電量較低時，采用較大功率充電，以縮短充電時間；當電池電量接近充滿時，降低充電功率，保護電池壽命。
此外，還可以通過智能控制算法，實現(xiàn)多輛電動汽車的功率分配，確保每輛車都能在合理的時間內完成充電。

2.3光伏發(fā)電優(yōu)先利用

充分利用光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，優(yōu)先為電動汽車充電。當光伏發(fā)電量大于充電需求時，可以將多余的電量存儲起來或回饋電網；當光伏發(fā)電量不足時，再從電網獲取電力。
這樣不僅可以提高光伏系統(tǒng)的利用率，還能減少對電網的依賴，降低充電成本。

3.應用效果

3.1緩解電網壓力

通過有序充電策略，光伏 - 直流智能充電樁可以在一定程度上緩解電網壓力。避免高峰時段充電，減少了電網負荷峰值，提高了電網的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2提高充電效率

智能調度和功率控制策略可以根據(jù)電動汽車的實際需求，合理安排充電時間和功率，提高充電效率。同時，直流充電樁的快速充電特性也縮短了用戶的充電時間，提升了用戶體驗。

3.3促進可再生能源發(fā)展

光伏 - 直流智能充電樁的推廣應用，有助于促進可再生能源的發(fā)展。增加了太陽能等清潔能源在能源消費中的比重，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標做出貢獻。

3.4降低運營成本

利用光伏發(fā)電和有序充電策略，可以降低充電樁的運營成本。減少電費支出，提高經濟效益，同時也為充電樁運營商帶來更多的商業(yè)機會。

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(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的電動自行車充電站以及各個充電樁進行不間斷的數(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、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(lián)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(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設施設計。

4.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網絡傳輸層、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）網絡傳輸層：通過4G網絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：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。

4.4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分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、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，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，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。

4.4.3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(qū)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(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果上報。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)計分析

通過系統(tǒng)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(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.6基礎數(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施，維護充電設施信息、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(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(tǒng)硬件配置

類型	型號	圖片	功能
安科瑞充電樁收費運營云平臺	AcrelCloud-9000		安科瑞響應節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。
互聯(lián)網版智能交流樁	AEV-AC007D		額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏
互聯(lián)網版智能直流樁	AEV-DC030D		額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯(lián)網版智能直流樁	AEV-DC060S		額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯(lián)網版智能直流樁	AEV-DC120S		額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
10路電瓶車智能充電樁	ACX10A系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電
2路智能插座	ACX2A系列		2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車智能充電樁	ACX20A系列		20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電
落地式電瓶車智能充電樁	ACX10B系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告
絕緣監(jiān)測儀	AIM-D100-ES		AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。
絕緣監(jiān)測儀	AIM-D100-T		AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。
智能邊緣計算網關	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊ANet-M4G		M4G模塊：支持4G全網通
導軌式單相電表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證
導軌式電能計量表	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證
無線計量儀表	ADW300		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證
導軌式直流電表	DJSF1352-RN		直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證
面板直流電表	PZ72L-DE		直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證
電氣防火限流式保護器	ASCP200-63D		導軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設。
開口式電流互感器	AKH-0.66/K		AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。
霍爾傳感器	AHKC		霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。
智能剩余電流繼電器	ASJ		該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。

5.未來展望

隨著電動汽車市場的不斷發(fā)展和可再生能源技術的進步，光伏-直流智能充電樁的應用前景廣闊。未來，我們可以期待以下發(fā)展趨勢：

（1）技術創(chuàng)新

不斷提升光伏系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，優(yōu)化充電樁的智能控制算法，提高充電速度和安全性。同時，探索新的儲能技術，實現(xiàn)光伏發(fā)電的有效存儲和利用。

（2）政策支持

政府部門應加大對光伏-直流智能充電樁的政策支持力度，包括補貼、稅收優(yōu)惠等，鼓勵企業(yè)和社會資本參與充電基礎設施建設。

（3）互聯(lián)互通

實現(xiàn)充電樁與電動汽車、電網、能源管理系統(tǒng)等的互聯(lián)互通，形成智能化的能源生態(tài)系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術，優(yōu)化充電策略，提高能源利用效率。

總之，光伏-直流智能充電樁的有序充電策略具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。通過合理的規(guī)劃和管理，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電動汽車用戶提供有效、便捷、環(huán)保的充電服務，同時也為能源轉型和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

[1] 丁屹峰.光伏直流智能充電樁有序充電策略與應用效果

[2] 詹天津,謝玉榮國內分布式光伏發(fā)展形勢分析及思考

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版

審核編輯 黃宇