探索新型電力架構下的高效有序充電解決方案與應用實踐

摘要：近年來,新能源汽車的銷量快速增長,相應的充電樁數量也急劇增加,這一現(xiàn)象可能會給電網和變壓器造成負擔,與此同時，新型電力系統(tǒng)下以光伏為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)占比也在逐漸提高，新能源的不穩(wěn)定性疊加充電需求的不確定性會給電網帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。本文主要介紹基于新型電力系統(tǒng)下的有序充電管理系統(tǒng)的解決方案，這種有序充電方案能夠充分利用新能源，降低電網波動,從而幫助充電樁運營管理單位降低建設和運營成本，還可以提高電網運行穩(wěn)定性。

1 有序充電管理系統(tǒng)建設的必要性

截至2024年6月底，?全國新能源汽車保有量達2472萬輛，根據中國充電聯(lián)盟數據，截止2024年4月，全國充電基礎設施累計數量為961.3萬臺，這些數據不僅展示了中國新能源汽車市場的蓬勃生機，也預示著電動出行時代正在加速到來。與此同時，截至2024年3月底，全國可再生能源裝機達到15.85億千瓦，約占我國總裝機的52.9%。

新能源發(fā)電性能受天氣影響波動比較大，新能源汽車充電需求也具有較大的不確定性，兩個Debuff疊加之下的電力系統(tǒng)就太難了。在這種情況下通過系統(tǒng)來預測新能源發(fā)電和負荷需求，并通過合理的新能源光、儲調控和充電需求引導控制，不僅可以促進新能源消納，還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更能降低用戶充電能本。

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖

2 有序充電系統(tǒng)的建設

有序充電系統(tǒng)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(tǒng)等構成。預測算法包括光伏發(fā)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(fā)電和負荷需求進行預測，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控和引導充電需求，實現(xiàn)負荷的削峰填谷，提高電網運行穩(wěn)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(tǒng)功能模塊

嘉定是上海汽車產業(yè)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(tǒng)籌協(xié)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(xié)調運行的有序性、可靠性、經濟性，實現(xiàn)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(tǒng)一協(xié)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(yōu)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(xiàn)削峰填谷。

圖3 有序充電管理解決方案

3 安科瑞有序充電系統(tǒng)解決方案

3.1 預測算法

光伏發(fā)電功率預測系統(tǒng)通過采集數值天氣預報數據、實時環(huán)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(tài)等信息，結合相關算法模型，實現(xiàn)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(xié)助安排能源計劃和控制策略。

系統(tǒng)結合光伏發(fā)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(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低充電成本。

圖4 光功率預測

3.1 能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調分配技術，基于在通用設計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調控制策略，實現(xiàn)配網、分布式可再生能源發(fā)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(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進行優(yōu)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(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調節(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(yōu)先等策略，保障電網運行穩(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、調整充電價格等方式來引導用戶充電需求，培養(yǎng)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(lián)網和大數據技術的充電設施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)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(xù)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(jiān)控、收益分析等功能。

圖7 充電運營管理

4 充電樁設備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設計，單樁最大充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁最大電流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。