摘要：以充电站收益最大化为目标，建立电动汽车有序充电模型。通过蒙特卡洛模拟用户充电需求，比较有序和无序充电下的经济效益和变压器负载。结果显示，有序充电提高经济效益并具备高效性，但夜间集中充电可能导致新高峰。

关键词：电动汽车；充电站；有序充电；经济效益；蒙特卡洛模拟

前言

电动汽车在节能减排上优于传统汽车，全球政策推动其发展。电动汽车普及将影响电力系统，如负荷增长、电网负荷峰谷差加剧等问题。有序充电控制对降低电网运行风险和提高效益具有重要意义。在充电站实现有序充电控制是必要的，可降低损耗、成本，与新能源配合降低负面影响。充电站能实时采集信息，进行有序充电控制，实现区域电网的协调控制。

本文研究电动汽车充电站的有序充电协调控制策略，以经济效益最大化为目标，考虑变压器不过载和用户充电需求。充电站通过获取电动汽车电池信息、预期停留时间和期望荷电状态，制定有序充电策略。控制策略假设充电过程为恒功率，考虑常规负荷预测、电价信息和车辆停留时间，构造充电站状态矩阵，每15分钟调用优化程序确定充电和停机状态，实现效益最大化。

1. 充电站有序充电目标与输入信息

充电站结构简化为配电变压器接充电负荷，常规负荷可忽略。充电站通过电价差价盈利，需获取电动汽车电池容量、荷电状态、停留时间和期望荷电状态，以制定有序充电策略。

2. 有序充电控制策略、模型及控制算法

 

采用恒功率充电假设，预测常规负荷曲线，设定允许充电功率比例。考虑电价信息和车辆停留时间，构造充电站状态矩阵，每15分钟调用优化程序确定充电和停机状态，实现运营效益最大化。

2.2 数学优化模型

目标：充电站经济效益最大化。决策变量C控制充电机开闭。配电变压器容量、充电需求受约束。模型为线性整数规划，用CPLEX求解。

2.3 异常处理

当充电需求过高，充电站无法满足时，通过逐步降低用户期望的荷电状态Y,p，直至找到可行解。若仍无解，则放弃该用户。

2.4 有序充电控制流程

系统每15分钟更新状态，发出控制命令。新车进入时重新计算控制策略，保持原车辆充电状态不变。充电机动态监控电池状态，充满自动停止。

3 算例分析

3.1 参数设置

小区充电站，配电变压器800kVA，充电功率7kW，功率因数0.9，充电桩80个。居民负荷占配电变压器容量的最高50%。电价参数和充电数据如表1、表2所示。

 

3.2 无序充电

无序充电下，只要有空车位即充电至用户离开或电池充满。可能导致变压器过载或充电不足。

3.3 蒙特卡洛仿真分析方法

基于蒙特卡洛法，根据表2数据，模拟电动汽车充电需求，计算有序和无序充电情形。计算流程见附录A。

表2 电动汽车充电参数

表3 仿真统计信息

3.4 仿真结果

通过蒙特卡洛法模拟100辆车充电需求，统计有序和无序充电模式下的平均收益。设定仿真次数为400，结果如表4。负荷曲线如图4。

表4 有序与无序充电仿真结果

图4 有序和无序充电负荷曲线

3.5 结果分析

（1）有序充电模式下，充电站运营收益约为无序充电的3倍。

（2）两种模式下，放弃服务客户比例低，有序充电不影响用户体验。

（3）有序充电模式下，降低充电需求比例低，满足用户需求。

（4）有序充电计算速度快，适合实时控制。

（5）无序充电加剧峰谷差，有序充电导致夜间用电高峰。

4安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

4.5系统硬件配置

5结束语

本文根据充电站实时运行状态，结合电动汽车用户的实际充电行为，充分考虑进入充电站电动汽车的不同荷电状态、停留时间以及不同客户需求,以充电站运行经济效益*大化为目标，建立了充电站电动汽车充电数学模型，实现了充电站内电动汽车的协调充电控制。通过仿真分析，得到以下结论。

（1）采用所提出的有序充电控制方法，在保证客户需求以及变压器运行不过载的基础上，可显著提高充电站的收益。

（2）所提出的控制策略计算效率高；适合大规模充电站的电动汽车有序充电实时控制计算。

（3）从采用有序充电方式后的负荷曲线发现仅仅通过单一的分时电价协调充电站有序充电控制行为，可能在某些情形下并不能降低局部电网的峰谷差，相反大量的电动汽车接入可能导致局部电网另外一个峰荷的产生。

需要说明的是，本文中给出的策略特别适合应用于安装有多个充电桩和充电监控系统的停车场。该策略每隔15min改变一次充电站充电机开停状态，此时间间隔可根据实际情况合理设置。进一步的研究方向主要包括以下2个方面：①多目标的有序充电控制以及充电站间协调有序充电控制，以有效降低电动汽车充电对电网的影响；②在有序充电控制模型中考虑改变充电状态对电池寿命的影响

参考文献

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