探索新型電力架構(gòu)下的高效有序充電解決方案與應(yīng)用實踐

摘要：近年來,新能源汽車的銷量快速增長,相應(yīng)的充電樁數(shù)量也急劇增加,這一現(xiàn)象可能會給電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)波動,從而幫助充電樁運營管理單位降低建設(shè)和運營成本，還可以提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。

1 有序充電管理系統(tǒng)建設(shè)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(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截止2024年4月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為961.3萬臺，這些數(shù)據(jù)不僅展示了中國新能源汽車市場的蓬勃生機，也預(yù)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(yù)測新能源發(fā)電和負荷需求，并通過合理的新能源光、儲調(diào)控和充電需求引導(dǎo)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(shè)

有序充電系統(tǒng)由預(yù)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(gòu)成。預(yù)測算法包括光伏發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測，是利用歷史數(shù)據(jù)對未來 24 小時至72小時的光伏發(fā)電和負荷需求進行預(yù)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(diào)控和引導(dǎo)充電需求，實現(xiàn)負荷的削峰填谷，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性，降低充電成本，通過以上算法和軟件構(gòu)成的一體化充電服務(wù)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(chǎn)業(yè)聚集地，嘉定供電公司與國網(wǎng)電動汽車服務(wù)有限公司合作開展智慧充放電示范試點項目，應(yīng)用有序充電技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動汽車與電網(wǎng)電力電量平衡，有效地提高電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行的有序性、可靠性、經(jīng)濟性，實現(xiàn)電動汽車、儲能、分布式電源等新型用能設(shè)備的數(shù)據(jù)感知、采集和控制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，有序運行。智慧有序充電建設(shè)通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動調(diào)控，降低配變峰值負荷超過30%，將80%充電量優(yōu)化調(diào)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(wǎng)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(yù)測算法

光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、實時環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實時輸出功率數(shù)據(jù)、光伏組件運行狀態(tài)等信息，結(jié)合相關(guān)算法模型，實現(xiàn)短期功率預(yù)測（預(yù)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(yù)測（預(yù)測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負荷預(yù)測根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)計劃、天氣等因素預(yù)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(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測數(shù)據(jù)計算充電可用容量，結(jié)合充電歷史特點對儲能進行充放電控制，或調(diào)整電動汽車充電功率、價格進行調(diào)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(yù)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(diào)分配技術(shù)，基于在通用設(shè)計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設(shè)備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調(diào)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(jù)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(quán)限優(yōu)先等策略，保障電網(wǎng)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(jié)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(quán)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(diào)整充電價格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求，培養(yǎng)用戶充電習(xí)慣，提高電網(wǎng)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(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)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(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)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(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)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(shè)備

安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設(shè)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。