浅谈光伏直流智能充电桩有序充电策略与应用
时间：2024-10-30 阅读：74
胡冠楠
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定
摘要：在当今能源转型的大背景下，光伏-直流智能充电桩凭借其有效、环保的特点，正逐渐成为未来充电基础设施的重要发展方向。本文将深入探讨光伏-直流智能充电桩的有序充电策略及其应用效果。然而，大量光伏出力和电动汽车充电需求在时间上的不匹配，给电网稳定性带来较大压力。提出一种光伏直流智能充电桩的有序充电策略，在满足充电需求的基础上，减少外网供电，可有效提高光伏自消纳能力和负荷满足率。
关键词：充电桩；有序充电策略；电动汽车；S2V；直流系统
0引言
在双碳目标的指引下，以风光电为主的可再生能源将被广泛使用，建筑屋顶光伏是其中的重要组成部分，到2025年，公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率将达到50%，以建筑屋顶光伏系统为代表的分布式能源系统也会得到大量应用。然而，大规模分布式光伏接入电网可能会对电网的安全运行带来不利影响，如何有效实现就地消纳是亟待研究的问题。同时，电动汽车蓬勃发展，预计2030年中国将保有约8000万辆电动汽车，巨大的充电需求也会对区域电力系统造成巨大挑战。据统计，私家电动汽车约有90%以上的时间停放在建筑内或周边停车场，其充电过程与建筑能源系统深度融合。因此，探究电动汽车与建筑光伏的互动方式，并挖掘其对建筑光伏的利用潜力，以有效消纳可再生能源，对于降低碳排放有重要意义。
2009年，利用太阳能为电动汽车充电（S2V）的概念被提出后，利用停车场的光伏满足合理范围内的电动汽车通勤电力需求的做法得到验证，发表了S2V相关硬件、经济性和策略的研究成果。但目前电动汽车的主要充电模式大多为恒功率充电，造成了大量瞬时尖峰负荷，给电网带来巨大的压力。另外，光伏电力的波动性、随机性和间歇性等不稳定特征，与电力需求侧的负荷存在较大的不匹配关系。实际S2V场景中往往需要从电网取电为电动汽车充电，同时又有部分光伏无法消纳。因此，设计一种新的有序充电策略，将电动汽车充电需求与光伏发电特性相匹配，对于绿电消纳十分重要。
1.光伏-直流智能充电桩的优势
1.1环保节能
利用太阳能光伏发电，减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放。与传统交流充电桩相比，直流充电桩充电速度更快，能够更有效地为电动汽车提供能量。
1.2稳定可靠
光伏系统可以在白天为充电桩提供稳定的电力供应，减少电网波动对充电过程的影响。同时，智能充电桩具备完善的保护功能，确保充电安全可靠。
1.3成本效益
虽然初期投资较高，但长期来看，光伏-直流智能充电桩可以降低运营成本。通过利用太阳能，减少了电费支出，同时提高了充电设施的利用率。
2.有序充电策略
2.1智能调度
通过充电桩与电网的通信，实现智能调度。根据电网负荷情况、光伏发电量以及电动汽车的充电需求，合理安排充电时间和功率，避免高峰时段充电，减轻电网压力。
例如，在电网负荷较低的时段，如夜间或凌晨，提高充电桩的输出功率，加快充电速度；而在电网负荷高峰时段，降低充电功率或暂停充电，以平衡电网供需。
2.2功率控制
根据电动汽车的电池状态和充电需求，动态调整充电功率。当电池电量较低时，采用较大功率充电，以缩短充电时间；当电池电量接近充满时，降低充电功率，保护电池寿命。
此外，还可以通过智能控制算法，实现多辆电动汽车的功率分配，确保每辆车都能在合理的时间内完成充电。
2.3光伏发电优先利用
充分利用光伏系统的发电量，优先为电动汽车充电。当光伏发电量大于充电需求时，可以将多余的电量存储起来或回馈电网；当光伏发电量不足时，再从电网获取电力。
这样不仅可以提高光伏系统的利用率，还能减少对电网的依赖，降低充电成本。
3.应用效果
3.1缓解电网压力
通过有序充电策略，光伏-直流智能充电桩可以在一定程度上缓解电网压力。避免高峰时段充电，减少了电网负荷峰值，提高了电网的稳定性和可靠性。
3.2提高充电效率
智能调度和功率控制策略可以根据电动汽车的实际需求，合理安排充电时间和功率，提高充电效率。同时，直流充电桩的快速充电特性也缩短了用户的充电时间，提升了用户体验。
3.3促进可再生能源发展
光伏-直流智能充电桩的推广应用，有助于促进可再生能源的发展。增加了太阳能等清洁能源在能源消费中的比重，为实现可持续发展目标做出贡献。
3.4降低运营成本
利用光伏发电和有序充电策略，可以降低充电桩的运营成本。减少电费支出，提高经济效益，同时也为充电桩运营商带来更多的商业机会。
4安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展
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
类型 | 型号 | 图片 | 功能 |
安科瑞充电桩收费运营云平台 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。 |
互联网版智能交流桩 | AEV-AC007D |
| 额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC030D |
| 额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC060S |
| 额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC120S |
| 额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
10路电瓶车智能充电桩 | ACX10A系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电 |
20路电瓶车智能充电桩 | ACX20A系列 |
| 20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电 |
落地式电瓶车智能充电桩 | ACX10B系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告 |
绝缘监测仪 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。 |
绝缘监测仪 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。 |
智能边缘计算网关 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。 |
扩展模块ANet-485 | M485模块：4路光耦隔离RS485 | ||
扩展模块ANet-M4G | M4G模块：支持4G全网通 | ||
导轨式单相电表 | ADL200 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证 |
导轨式电能计量表 | ADL400 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证 |
无线计量仪表 | ADW300 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证 |
导轨式直流电表 | DJSF1352-RN |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证 |
面板直流电表 | PZ72L-DE |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证 |
电气防火限流式保护器 | ASCP200-63D |
| 导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。 |
开口式电流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。 |
霍尔传感器 | AHKC |
| 霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。 |
智能剩余电流继电器 | ASJ |
| 该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。 |
5.未来展望
随着电动汽车市场的不断发展和可再生能源技术的进步，光伏-直流智能充电桩的应用前景广阔。未来，我们可以期待以下发展趋势：
（1）技术创新
不断提升光伏系统的效率和稳定性，优化充电桩的智能控制算法，提高充电速度和安全性。同时，探索新的储能技术，实现光伏发电的有效存储和利用。
（2）政策支持
政府部门应加大对光伏-直流智能充电桩的政策支持力度，包括补贴、税收优惠等，鼓励企业和社会资本参与充电基础设施建设。
（3）互联互通
实现充电桩与电动汽车、电网、能源管理系统等的互联互通，形成智能化的能源生态系统。通过大数据分析和人工智能技术，优化充电策略，提高能源利用效率。
总之，光伏-直流智能充电桩的有序充电策略具有重要的现实意义和应用价值。通过合理的规划和管理，可以充分发挥其优势，为电动汽车用户提供有效、便捷、环保的充电服务，同时也为能源转型和可持续发展做出贡献。
参考文献：
[1] 丁屹峰.光伏直流智能充电桩有序充电策略与应用效果
[2] 詹天津,谢玉荣国内分布式光伏发展形势分析及思考
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版