浅谈多目标优化约束条件下，充电桩如何进行有序充电？

安科瑞徐赟杰18706165067

摘要：

在全球能源危机爆发和气候环境恶劣变化的大背景下，新能源汽车越来越受到人们的欢迎，很多国家都制定了以电代油的绿色交通政策。但是随着电动汽车数量不断增多，其大规模充电对电网造成的影响可能超过常规家电负荷对配电网造成的影响。因用户充电习惯的不同，电动汽车的充电具有随机性和不确定性的特点，但有序充电控制能降低电动汽车充电造成的不利影响，甚至可以将电动汽车充电看作是吸收新能源的途径。光伏发电是一种清洁能源，近年来受国家政策的鼓励，光伏产业发展迅速。然而，光伏发电强间歇性和不稳定性的特征，使得光伏并网存在很大的问题，出现了严重的限电现象。如果能利用电动汽车充电的新负荷吸收光伏等新能源的输出，就可以同时解决上述电动汽车充电以及光伏发电中存在的问题。因此，研究电动汽车有序充电控制策略，对于吸收新能源、缓解电网压力，具有重要的理论和现实意义。

关键词：电动汽车；可再生能源；储能电池；能量控制策略

引言

随着电动汽车的普及，充电设施的需求日益增长，如何在多目标优化约束下实现充电设施的有序充电成为亟待解决的问题。

新能源汽车的快速发展为清洁能源和可持续交通带来了新机遇，但也引出了许多问题。其中，充电设施的有序充电控制策略在多目标优化约束条件下显得尤为重要。

随着电动汽车数量的迅速增加，其对电力系统的影响日益显著。一方面，电动汽车的充电需求剧增，电网负荷。电动汽车的充电需求主要体现在数量增长和充电时间延长两个方面。数量上，电动汽车作为新兴交通工具，正以的速度增长，已成为主流交通工具之一。充电时间方面，由于电动汽车电池容量较大，充满一次电往往需要数小时。这两个因素共同作用，使得充电设施的负荷越来越大，对电网的稳定运行构成威胁。电网的设计和运行需要在稳定的负荷范围内进行，负荷过大可能导致电网的电压和频率波动，影响电网稳定运行，还会对电网设备造成损害，缩短设备使用寿命。

另一方面，充电成本面临上涨压力。随着电动汽车的普及，充电需求的激增不仅对电网稳定运行构成威胁，还可能引发充电成本上升。当电网负荷达到或超过设计时，为保证电网安全稳定运行，可能需要投入更多资源进行扩容或升级，这些额外成本可能转嫁到消费者身上，表现为充电价格上涨。此外，随着电动汽车数量增加，电网负荷相应增加，这就需要在电网规划和建设阶段考虑电动汽车充电需求，预留足够容量。然而，这样的预留可能导致电网建设初期投资增加，进而影响充电价格。

原本吸引车主的低用车成本优势正逐步减弱，相对降低了新能源汽车的吸引力。充电成本的上涨已成为购买新能源汽车时考虑的因素。在购买新能源汽车时，我们需要权衡各方面因素，以确保自己的投资能够得到合理的回报。

有序充电策略研究的背景和意义

随着电动汽车的快速发展，对充电设施有序充电控制策略的研究具有重要意义。

2.1提高充电设施利用效率

目前，随着电动汽车数量的迅速增加，充电设施的负荷越来越大，通过有序充电控制策略，可以合理分配充电时间和功率，提高充电桩的利用率，避免资源浪费。例如，智能充电管理系统可以利用物联网、大数据和人工智能威廉希尔官方网站 ，实时监测电网状态和预测负荷，智能调度充电过程，使充电设施在不同时间段得到更有效的利用。

共享充电桩的建设成本较低，可以在各种场所进行布置，如商业街区、社区、公共停车场等。通过有序充电管理，可以提高共享充电桩的使用效率，为车主提供更加便捷、可靠、灵活的充电服务。

2.2保障电网稳定运行

无序充电会导致电网在某些时段出现负荷高峰，影响电网稳定运行。而有序充电则通过智能调度，在电网负荷较低时段安排充电，平滑负荷曲线，避免“峰上加峰”，减轻电网压力。例如，国家能源局印发的《配电网高质量发展行动实施方案（2024—2027年）》提出，建设一批满足新型主体接入的项目，结合分布式新能源的资源条件、开发布局和投产时序，有针对性加强配电网建设，提高配电网对分布式新能源的接纳、配置和调控能力，满足电动汽车充电基础设施的用电需求。

有序充电有助于控制局部区域的充电功率，防止因集中充电导致的电压下降，维持配电网的电压稳定性和供电质量。同时，通过减少负荷高峰期的充电活动，有序充电可以降低输电和配电线路的损耗，提高电网整体效率。

2.3促进电动汽车产业发展

随着充电成本的上涨，新能源汽车的吸引力相对降低。通过有序充电控制策略，可以降低充电成本，提高新能源汽车的竞争力，促进电动汽车产业的发展。例如，多时段动态充电价格可以通过调整不同时间段的充电费用，激励用户在低电价时段充电，从而引导充电行为。

有序充电管理对于缓解电网压力、保障供电质量、促进新能源消纳及实现可持续发展目标具有重要意义。通过威廉希尔官方网站 创新和政策支持，可以有效推动电动汽车与电网的和谐共生，为电动汽车产业的发展创造良好的环境。

多目标优化约束下充电设施有序充电控制策略的现状分析

3.1国外研究进展

目前，国外在多目标优化约束下充电设施有序充电控制策略方面取得了一些先进经验和研究成果。例如，一些国家通过智能电网威廉希尔官方网站 和先进的充电管理系统，实现了对电动汽车充电的有效控制和优化。他们利用大数据分析和预测模型，实时监测电网负荷和电动汽车充电需求，动态调整充电功率和时间，以达到优化电网运行、降低充电成本和提高充电设施利用效率的目的。此外，国外还在研究新型的充电威廉希尔官方网站 和设备，如无线充电、快速充电等，以满足不同用户的需求。

3.2国内研究现状

在国内，随着电动汽车的快速发展，相关研究也在不断深入。目前，国内学者和企业主要从以下几个方面进行研究：

电网优化方面：研究如何通过有序充电控制策略，降低电动汽车充电对电网的影响，提高电网的稳定性和可靠性。例如，通过分时电价、功率调节等手段，引导用户在电网负荷较低时段充电，平滑负荷曲线。

用户需求满足方面：关注用户的充电时间、充电电量等需求，研究如何提供更加便捷、的充电服务。例如，建设更多的快充站和慢充站，满足不同用户的充电需求；通过智能充电管理系统，为用户提供个性化的充电方案。

充电设施规划方面：考虑未来电动汽车的发展趋势，合理规划充电设施的布局和数量。例如，根据区域内电动汽车的保有量、充电需求等因素，进行充电桩的布局和规划，提高充电桩的利用率。

然而，国内研究也存在一些问题，如：

威廉希尔官方网站 标准不统一：目前国内充电设施的威廉希尔官方网站 标准还不够统一，不同厂家的充电设备兼容性较差，影响了充电设施的互联互通和有序充电控制策略的实施。

用户参与度不高：虽然分时电价等政策可以引导用户有序充电，但目前用户的参与度还不高，部分用户对有序充电的认识不足，缺乏主动参与的积极性。

协同管理难度大：充电设施有序充电涉及到电网、用户、充电设施运营商等多个主体，协同管理难度较大。目前，各主体之间的信息共享和协调机制还不够完善，影响了有序充电控制策略的效果。

3.3现有控制策略的优缺点

目前已有的充电设施有序充电控制策略主要包括分时电价策略、智能充电管理系统以及双层优化目标下的有序充电策略等，这些策略在提高充电设施利用效率、保障电网稳定运行以及促进电动汽车产业发展等方面发挥了重要作用，但同时也存在一些不足之处。

安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电

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威廉希尔官方网站 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。

总结

本文针对多目标优化约束下充电设施有序充电控制策略进行了深入研究，从多目标优化约束下充电设施有序充电控制策略的现状得到分析

国内外研究现状：国外在多目标优化约束下充电设施有序充电控制策略方面取得了一些先进经验和研究成果，如通过智能电网威廉希尔官方网站 和先进的充电管理系统，实现了对电动汽车充电的有效控制和优化。国内学者和企业主要从电网优化、用户需求满足、充电设施规划等方面进行研究。

现有控制策略的优缺点：现有控制策略主要包括分时电价策略、智能充电管理系统以及双层优化目标下的有序充电策略等。这些策略在提高充电设施利用效率、保障电网稳定运行以及促进电动汽车产业发展等方面发挥了重要作用，但同时也存在威廉希尔官方网站 标准不统一、用户参与度不高、协同管理难度大等不足之处。

审核编辑 黄宇