基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法

基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法

张海宁

国网天津市电力公司武清供电分公司 天津市 301700

摘要：面对家庭电动乘用车规模化发展趋势，电网运行将迎来电动汽车充电的巨大挑战。武清供电公司构建一套基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法，实现居民用户电动汽车有序充电服务管理。通过引导调控电动汽车在某些特定时段进行充电，充分利用台区存量闲置负荷资源，挖掘潜力、盘活存量、提高效率，促进电网资源的优化配置，从而有效提高电网设备利用效率，减少配电建设投资，增强电网整体经营水平，保证电动汽车与电网的协调互动发展，最终促使电网公司良性快速可持续发展。

关键词：电动汽车、充电服务管理、闲置负荷、有序充电

0前言

随着电动汽车的推广和技术进步，电动汽车销量呈快速增长态势。根据天津市出台的《天津市新能源汽车推广应用实施方案（2018-2020年）》，到2020年，电动汽车占天津市汽车保有量比例将提高至4.5%，预计达到13.5万辆以上，并且承逐年上升趋势。随着电动汽车的普及，电动汽车充电行为对电网的影响日益突出，大规模电动汽车的无秩序充电将会对电网的安全可靠与经济调度造成较为严峻的负面影响。

面对未来家庭电动乘用车规模化发展，有序充电是解决规模化电动汽车充电对电网影响的重要手段，应用源网荷智能互动技术，根据电网供电能力和安全要求，充分利用电动汽车充电负荷的时间分布与平移特性，合理引导用户充电行为，满足不断增长的规模化、多样化充电需求，不仅可以降低规模化集中充电对局部配网与配变的负荷冲击，提升配电网使用效率和电网运营能力，而且可以结合清洁能源交易机制提高清洁电能充电比例，进一步促进清洁能源消纳，达到削峰填谷、区域均衡等目的，最终实现用户与电网的双赢。

这时制定一套完善的电动汽车充电服务管理方法就显得尤为必要。

1管理内涵及方法

1.1管理内涵

武清供电公司深入了解居民区现状电动汽车充电面临的问题，调研充电负荷变化特点，与小区物业协商利用备用配变作为调峰硬件手段，依靠先进的云边协同通讯网络，制定了一套基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法，实现居民用户电动汽车有序充电服务管理。通过引导调控电动汽车在某些特定时段进行充电，充分利用台区存量闲置负荷资源，挖掘潜力、盘活存量、提高效率，促进电网资源的优化配置，从而有效提高电网设备利用效率，减少配电建设投资，增强电网整体经营水平，保证电动汽车与电网的协调互动发展，最终促使电网公司良性快速可持续发展。

图1 居民区电动汽车智慧有序充电示意图

1.2管理方法

制定基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法包含六项举措。

图2 基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法的六项举措

（1）针对用电问题，优化配套措施

目前居民区电动汽车用电主要存在3点问题：1）充电设施数量少、2）充电设施规划不合理、3）利用率低，隐患大。

针对上述问题，制定以下解决方法：

1）积极开展居民报桩绿色通道业务，落实新建小区充电设施配建标准，同时采取多种形式，推动老旧居民小区公共充电桩建设，缓解充电难问题。

2）通过统一规划居民区充电设施建设，提前做好土建施工，预留配变容量或者充分利用已有物业备用变，降低工程造价。采用标准化的有序充电控制模组、能源路由器、智能充电桩，实现快速接入。

3）通过临近车位共享，结合停车位实际布局，改变“一车位一桩”建设方式，按照“多车位一桩”共享方式建设，每周充电日期和每天充电时间的智能优化，满足邻近多辆电动乘用车充电需求，提高充电桩利用率。

（2）剖析负荷特性，推广有序充电

小区内电负荷构成主要为居民电负荷及私人充电桩电负荷，需要分别进行分析，发现问题并提供方案。

居民用户典型日负荷曲线呈现“中午高峰”和“晚上高峰”两个负荷高峰的特点。

图3 居民配变负荷实测日负荷曲线

私人充电桩的充电行为多在当天下班后至次日上班前的这段时间发生，日充电时长较长，日充电高峰为20:00~21:00，日充电结束高峰为0:00~1:00、7:00~8:00；在0:00~7:00同时率较低，为低频时段。

图4私人充电桩日充电行为分布曲线

由以上负荷特性情况可知，居民负荷和充电负荷重合率达85%，将严重增加配电网压力，已有配电网难以承载未来规模化的电动汽车无序充电。

武清公司采取智能有序充电措施，有序充电桩的运行输出功率范围为1.3千瓦至7千瓦，结合供电台区运行工况，在电网不扩容、不改造、不影响小区居民正常用电的情况下，充分挖掘现有电网资源，利用“车-桩-网”互联互动，按照“先来先充”原则制订有序充电计划，控制调整充电桩输出功率，合理引导用户有序充电、低谷充电。

（3）综合多方需求，构建顶层方案

1）发扬“推土机”精神，大力推动先进服务理念，充分考虑有序充放电与居民负荷特点，降低用户用能成本，提高设备利用率与管理水平。

2）实施负荷资源优化策略，包括错时、填谷、平稳、安全和经济几个方面满足配电变压器台区负荷优化需求。

3）采用“线上线下结合（O2O）”的模式，建立“主站云平台+物联网设备”的整体技术架构。打造安全、可靠的云边协同通讯网络。

4）实时研判配变负荷变化趋势，建立全面保障用户充电需求、有效利用配电负荷低谷的协调控制策略。

5）发布交互友好、服务全面的有序充电APP，为用户提供公共充电、有序充电、充电桩共享、有序放电等综合充电服务，实时推送充电状态，智能引导用户参与电网互动。

6）采用时域性有序充电管理

有序充电通过汇集用户充电需求，采集配变运行数据、充电实时数据，结合有序充电策略计算模型及电网、充电负荷预测，生成有序充电计划，并把充电计划下发至能源控制器，能源控制器将充电计划路由转发至能源路由器执行，从而实现有序充电控制。同时有序充电提供报装接入、用户管理、模型管理、监控告警、计量计费、实时结算等一条龙业务能力支撑，并具备分区自治及上级电网协同调度等高级能量调度能力。

图5 时域性有序充电管理控制示意图

7）制定有序充电策略原则

有序充电策略应满足：违约最小原则、次序优先原则、尽早履约原则、费用最少原则。

（4）规范建设原则，引领一流标准

有序充放电系统建设围绕以客户为中心原则、安全性原则、可靠稳定原则、开放性原则有序开展。

（5）制定工作计划，有序推动建设

1)制定项目组织框架

组建项目管理机构、落实项目组成员责任、分别配置专员负责项目安全、进度、质量、成本的控制及项目完结验收、资料整编等项目流程整体管控。

2)实施需求分析

制定需求调研计划，编制需求调研记录表。按计划调研充电桩安装及其配电建设情况，为有序充放电系统实施提供指导意见。依据调研需求，制定属地化的系统部署实施方案。

3)实施过程方案制定

实施过程方案包括：整体实施方案、数据分析方案、功能验证方案、系统接口联调方案、应急处理预案等。

4）实施部署验证

实施部署验证包括：梳理现有业务相关数据字段、部署及初始化配置、功能验证等。根据业务功能的不同，验证工作包含功能验证、通用场景验证、大业务量并发验证。所有阶段的验证至少要经过3轮，每一轮功能验证均形成功能验证报告和问题清单，与相关干系人进行对接，跟踪和反馈问题修复进度，确保项目实施有序推进。

5）模拟演练

安排相关人员在模拟环境中使用真实数据，模拟实际业务场景进行业务流程及功能全面验证，与真实环境中实际业务同步开展，验证功能可靠性、数据流转准确性和完整性。

（6）选取应用区域，典型工程示范

按照国网公司总部关于电动乘用车的居民区充电“双80%”规划，加快完成居民区“一车一桩”配网建设和智能化有序充放电试点部署，武清公司拟在城区居民区开展有序充放电系统建设工作。选取武清城区居民小区、供热站两类典型应用区域，涉及4处居民小区，建设改造有序充电桩40座，工程设备含能源路由器40台，能源控制器4台，充电桩40台，工程造价合计246.56万元。

2实验效果论证

武清公司已在城区利用小区物业、供热站等时域性负荷资源开展分时、有序充电系统建设工作。试点区域涵盖两大类型，含小区供热站站、居民小区实现接入40台有序充电桩。

天津市峰谷电价如下：

表1 天津市峰谷电价表

以荣威ERX5为例，电池容量48.5kWh，尖段充电和谷段充电最大相差32.45元，引导用户使用低谷电、便宜电，可有效降低用户使用成本，获用户好评。

同时，通过控制各节点电动汽车的充电行为，可以改变电力系统潮流分布情况，从而降低系统网损、改善系统电压质量。引入有序充电技术后，将原用电峰值负荷转移到了低谷时段，削峰填谷、改善电网经济性作用显著。

图6 实施有序充电后居民区负荷曲线

以试点区域内40台电动汽车用户为例：

第1天小区无电动汽车充电，第2天晚高峰陆续为40台电动汽车正常充电；第3天晚高峰陆续为20台电动汽车正常充电20台有序充电；第4天晚高峰陆续为40台电动汽车有序充电。

图7 无序、混合序、有序充电负荷曲线

由图7可以看出，第1天居民用电高峰时为下班高峰，由于无电动汽车充电，峰值最低；第2天40台车下班即刻充电，双峰叠加，台区峰段负荷较大攀升；第3、4天随着有序充电车辆增多，逐步消峰填谷，曲线平滑。降低大量电动汽车竞争充电对配网的负荷冲击，削峰30%以上，极大提升了配电资产利用率，同时满足更多电动汽车充电需求。

3结论

应用基于供需资源优化的电动汽车充电服务管理方法，在满足电动汽车充电需求的前提下实施有序充放电，制定实际有效的经济或技术策略，控制电动汽车在某些特定时段以特定功率进行充电，对电网负荷进行合理分配，促进清洁能源消纳，降低大量电动汽车竞争充电时对配变、配网的负荷冲击影响，减缓配网建设投资，实现电网与电动汽车的和谐稳定发展。

参考文献：

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