淺談基于大數(shù)據(jù)的多目標優(yōu)化電動汽車有序充電系統(tǒng)研究

安科瑞 陳聰

摘要：在能源短缺與環(huán)境污染問題日益嚴峻的當下，其對我國汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重制約。在此背景下，電動汽車憑借其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢應運而生。然而，當前我國眾多新能源電動汽車普遍采用無序充電方式，在用電高峰時段借助配電網(wǎng)充電時，會顯著增大配電網(wǎng)總負荷的峰谷差值。若缺乏對車輛充電行為的有效引導與管控，極易致使局域變壓器超負荷運行，進而對配電網(wǎng)的經(jīng)濟、安全運行產(chǎn)生嚴重的負面影響。鑒于此，深入開展基于大數(shù)據(jù)多目標優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)研究顯得尤為必要且緊迫。本文聚焦于此，旨在探索構建更為科學、高效的有序充電系統(tǒng)，以助力解決電動汽車充電與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行的難題。

關鍵詞：電動汽車；大數(shù)據(jù)；多目標優(yōu)化；有序充電系統(tǒng)

一、引言

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的不斷發(fā)展以及電動汽車保有量的快速增長，如何實現(xiàn)電動汽車充電行為與電網(wǎng)運行的和諧共生成為了亟待解決的關鍵問題。電動汽車有序充電控制，本質(zhì)上是依據(jù)電網(wǎng)的實際運行形態(tài)，通常將實現(xiàn)*大化傳輸電動汽車電能為導向，在滿足全部用戶充電需求的基礎上，保障小區(qū)配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定、高效地運轉，進而推動電動汽車產(chǎn)業(yè)與電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。在此過程中，安科瑞充電樁收費運營云平臺作為重要的支撐工具，為有序充電系統(tǒng)的高效運營提供了諸多關鍵功能和優(yōu)勢。

二、背景

（一）現(xiàn)實困境與研究必要性

在當今社會，盡管科技進步與時代發(fā)展帶來了諸多便利，但能源安全、環(huán)境污染等問題依然突出，成為了制約經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國汽車產(chǎn)業(yè)在過去幾十年間經(jīng)歷了迅猛發(fā)展，汽車作為人們?nèi)粘３鲂械年P鍵交通工具，其保有量的持續(xù)攀升在為人們生活帶來便捷的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境問題。據(jù)2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國石油總銷量高達5.43億噸，其中凈進口量達3.28億噸，對外依存度突破60%，且預計到2022年，汽車消耗石油量在我國石油總消耗量中的占比將進一步提高至57%。這一系列數(shù)據(jù)表明，我國汽車產(chǎn)業(yè)面臨著因汽車保有量快速增長以及原油對外依存度過高所引發(fā)的能源供應緊張問題，能源形勢愈發(fā)嚴峻。

與此同時，新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但無序充電現(xiàn)象卻十分普遍。在用電高峰時段，大量電動汽車無序接入配電網(wǎng)充電，會致使配電網(wǎng)總負荷峰谷差值急劇增大。若不能對車輛充電行為進行有效規(guī)范和引導，局域變壓器超負荷運轉的風險將大大增加，這無疑會對配電網(wǎng)的健康穩(wěn)定運行造成嚴重破壞。例如，當電動汽車滲透率達到20%時，其在配電站充電過程中便會給配電網(wǎng)帶來*高的負荷壓力。因此，深入探究新能源電動汽車接入電網(wǎng)后的有序充電措施，對于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、推動電動汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

（二）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析

有序充電作為一種科學的充電管理方式，旨在在滿足用戶車輛充電需求的前提下，運用經(jīng)濟或技術手段合理控制車輛充電時間和功率，以此縮小配電網(wǎng)的峰谷差值，使負荷曲線趨于平穩(wěn)，為電網(wǎng)的可靠穩(wěn)定運行筑牢基礎。與之相對的無序充電，則呈現(xiàn)出隨機接入、隨時充電的特點，雖然能讓用戶根據(jù)自身時間靈活安排充電，不受外界過多因素干擾，但卻給電網(wǎng)運行帶來了諸多挑戰(zhàn)。

在電動汽車充電控制方式方面，主要分為直接充電負荷控制與間接充電負荷控制兩種。直接充電負荷控制是通過實時監(jiān)測電網(wǎng)基本負荷量以及新能源電動汽車的充電需求，對充電樁的中斷與啟動進行準確控制，以此直接干預充電行為，實現(xiàn)對配電網(wǎng)負荷的調(diào)節(jié)。間接充電負荷控制則側重于依靠充電站經(jīng)營者制定分時充電價格策略，引導用戶依據(jù)自身車輛充電需求以及分時電價情況，自主合理地安排充電時間。經(jīng)營者借助電價制度這一經(jīng)濟杠桿，激勵用戶主動轉變充電行為，以響應有序充電要求，通常采用擬定附加費用、峰谷電價等具體方法來引導和調(diào)整用戶的充電決策。

值得一提的是，新能源電動汽車不僅具備從電網(wǎng)吸收電能的功能，在特定條件下還能夠向電網(wǎng)傳輸電能，實現(xiàn)車網(wǎng)互動，這為有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的思路和可能性。例如，在電網(wǎng)負荷低谷時段，電動汽車可通過合理的控制策略存儲多余電能；而在電網(wǎng)負荷高峰時段，又能將存儲的電能反饋給電網(wǎng)，輔助電網(wǎng)進行負荷調(diào)節(jié)，提高能源利用效率。然而，要實現(xiàn)這一理想狀態(tài)，需要構建一套更為完善、基于大數(shù)據(jù)多目標優(yōu)化的有序充電系統(tǒng)，充分挖掘和整合各類信息，以實現(xiàn)對電動汽車充電行為的準確調(diào)控。在此過程中，安科瑞充電樁收費運營云平臺憑借其功能特性，正逐漸成為有序充電系統(tǒng)運營管理的得力助手。

三、有序充電系統(tǒng)的構建與優(yōu)化

（一）有序充電系統(tǒng)的構建

有序充電系統(tǒng)的構建需要考慮多個因素，包括電動汽車的充電需求、電網(wǎng)負荷情況、充電設施的類型和數(shù)量等。基于大數(shù)據(jù)的多目標優(yōu)化方法可以為有序充電系統(tǒng)的構建提供有力的支持。通過收集和分析大量的電動汽車充電數(shù)據(jù)和電網(wǎng)負荷數(shù)據(jù)，可以構建出更加準確的有序充電模型。同時，還可以考慮多個優(yōu)化目標，如*大化能源利用效率等，以實現(xiàn)更加優(yōu)化的有序充電策略。

在構建有序充電系統(tǒng)時，可以與安科瑞充電樁收費運營云平臺進行無縫對接。通過該平臺的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能，可以實時獲取充電樁的運行狀態(tài)和充電數(shù)據(jù)。同時，該平臺還可以提供充電策略的制定和優(yōu)化功能，幫助實現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的有序充電系統(tǒng)。

（二）有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化

在有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，需要考慮多個優(yōu)化目標和約束條件。其中，優(yōu)化目標可以包括最小化用戶充電成本等。約束條件可以包括電動汽車的充電需求、電網(wǎng)負荷限制、充電設施的類型和數(shù)量等。

基于大數(shù)據(jù)的多目標優(yōu)化方法可以在滿足約束條件的前提下，尋找*優(yōu)的有序充電策略。通過不斷調(diào)整和優(yōu)化充電策略，可以實現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的有序充電系統(tǒng)。同時，可以與安科瑞充電樁收費運營云平臺進行實時數(shù)據(jù)交互和策略調(diào)整，確保有序充電系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和改進。

四、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(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(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(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)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(wǎng)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

五、結論與展望

本研究針對電動汽車無序充電行為對電網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，提出了基于大數(shù)據(jù)的多目標優(yōu)化電動汽車有序充電系統(tǒng)方案，并結合安科瑞充電樁收費運營云平臺進行了深入探討。通過收集和分析大量的電動汽車充電數(shù)據(jù)和電網(wǎng)負荷數(shù)據(jù)，構建出更加準確的有序充電模型，并考慮多個優(yōu)化目標和約束條件，實現(xiàn)了更加高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的有序充電策略。

未來，隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加和充電技術的不斷發(fā)展，有序充電系統(tǒng)將成為電動汽車充電領域的重要發(fā)展方向之一。我們將繼續(xù)深入研究有序充電系統(tǒng)的優(yōu)化方法和應用實踐，并結合安科瑞充電樁收費運營云平臺等技術平臺，為電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有力的支持。同時，我們也將積極探索與其他領域的合作機會，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，共同構建更加綠色、低碳、可持續(xù)的未來。

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