电动汽车充电负荷预测与智能有序充电策略研究

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：全球工业化进程的加快致使石油等资源消耗加剧，能源短缺与环境污染问题愈发严重。电动汽车作为一种清洁且高效的交通方式，受到广泛关注。中国政府为推动电动汽车行业发展实施了一系列政策，使其在中国呈现出强劲的发展势头。然而，大规模电动汽车的无序充电给电网的稳定安全运行带来了巨大挑战。因此，对电动汽车充电负荷进行预测，并研究智能有序充电策略，对于电网、用户和电动汽车企业均具有极为重要的意义。

关键词：电动汽车；充电负荷预测；智能有序充电

一、引言

在全球能源与环境问题日益凸显的背景下，电动汽车正逐步取代传统燃油车，成为一种新兴的交通选择。中国政府为促进电动汽车产业的进步，推行了购车补贴、充电设施建设等政策，有力地推动了其发展。但电动汽车的大规模应用也引发了新的问题，特别是大规模无序充电对电网稳定安全运行造成了严重威胁。所以，开展电动汽车充电负荷预测并深入研究智能有序充电策略，已成为当下亟待解决的关键课题。

二、电动汽车充电负荷预测

电动汽车充电负荷预测是构建有序充电策略的基础。本研究采用基于峰平谷电价动态修正目标荷电状态（SOC）的方法来预测电动汽车充电负荷。首先，深入分析影响充电负荷的主要因素，包括起始充电时刻、起始 SOC、日行驶里程等。随后，充分考虑峰平谷电价的影响，运用机器学习算法构建充电负荷预测模型。该模型能够精准地预测不同时间段内电动汽车的充电需求，为制定有序充电策略提供有力的依据。

三、电动汽车充电模式剖析

用户在选择充电模式时，会综合考虑自身对充电的需求程度、紧急情况以及车辆类型等因素。当前，电动汽车充电技术不断发展，其中常规充电模式、快速充电模式以及充电站更换电池模式这三种技术相对成熟且应用较为广泛。

（一）常规充电模式

常规充电通常采用 220V 交流电压，具有小电流低功率的特点，也被称为慢速充电。由于其充电时间较长，一般需要 5 - 10 小时，所以慢速充电桩多安装在居民小区、办公场所等用户停留时间较长的区域。常规充电在安装与成本方面具有显著优势，例如无需额外架设供电线路，对配电网和电池的冲击较小，有助于延长电池的使用寿命等。因此，常规充电模式主要适用于日行驶里程和时长较短的私家车辆。

（二）快速充电模式

快速充电的突出特点是充电电流大，能够在较短时间内为电池补充电能。快速充电桩在为电动汽车补充约 80%电池容量的电能时，一般仅需 1 - 2 小时。这种充电模式的明显优势在于充电时间短，所以通常在人口流动较大且有充电需求的场所，如大型商超、高速公路补给站等得到应用。然而，快速充电也会对电池和配电网产生较大的冲击，对电池的使用寿命以及电网的稳定安全运行产生不利影响。因此，快速充电模式一般仅在紧急情况下用于电量补充。

（三）充电站更换电池模式

换电池模式能够在短时间内满足电动汽车的电能需求，且对电网和电池的冲击相对较小。对于日行驶里程和时长较长且难以找到合适充电时段的运营类车辆，可考虑采用换电池模式来维持其正常运营。换电池模式经过不断发展已具备一定规模，技术也相对成熟，一般仅需十分钟左右即可完成电池更换。但该模式也存在一些问题，如频繁拆卸电池对电动汽车的稳定性和安全性要求较高，电池标准不统一限制了其进一步推广，换电站需要储存大量电池导致投资成本高、风险大等。因此，换电池模式的广泛应用仍面临诸多挑战。

四、智能有序充电策略

智能有序充电策略是实现电动汽车有序充电的核心要素。本研究提出的智能有序充电策略，依据充电负荷预测结果，结合电网负荷状况与用户需求，动态调整充电功率与充电时间。具体策略包括：在电网负荷低谷时段，积极引导用户充电；在电网负荷高峰时段，适当限制或推迟充电行为。同时，充分结合峰平谷电价政策，引导用户合理选择充电时段，有效降低充电成本。此外，引入智能算法对充电策略进行持续优化，不断提升充电效率与用户满意度。

五、安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

（一）概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台系统借助物联网技术，对接入系统的电动自行车充电站及各个充电桩进行不间断的数据采集与监控，实时监测充电桩运行状态，开展充电服务、支付管理、交易结算、资产管理、电能管理、明细查询等工作。同时，针对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压、欠压、绝缘低等各类故障及时进行预警；充电桩支持以太网、4G 或 WIFI 等方式接入互联网，用户可通过微信、支付宝、云闪付扫码充电。

（二）应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、事业单位、商业综合体、学校、园区等多种充电桩模式的充电基础设施设计。

（三）系统结构

系统共分为四层：数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

数据采集层：包含电瓶车智能充电桩，其通讯协议为标准 modbus - rtu，用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量与保护。

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。

数据层：包括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。

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，同时为运维人员提供运维 APP，为充电用户提供充电小程序。

（四）安科瑞充电桩云平台系统功能

智能化大屏：展示站点分布情形，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，还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，实现对小区充电桩的统一管理，查看设备使用率，合理分配资源。

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。

交易管理：平台管理人员可对充电用户账户进行管理，包括充值、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。

3.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，运维人员可通过运维 APP 接收故障推送，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.统计分析：通过系统平台，从充电站点、充电设施、充电时间、充电方式等不同维度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

5.基础数据管理：在系统平台建立运营商户，运营商可建立与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。

6.运维 APP：面向运维人员，可对站点和充电桩进行管理，实现故障闭环处理，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，接收故障推送。

7.充电小程序：面向充电用户，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。

（五）系统硬件配置

	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

六、结论

本研究对电动汽车充电负荷预测与智能有序充电策略进行了深入探讨，为电动汽车产业的可持续发展提供了有力支撑。未来，我们将进一步深入研究，探索更为精准、高效的充电负荷预测方法与智能有序充电策略。同时，密切关注电动汽车充电技术的最新进展以及用户需求的动态变化，为电动汽车充电的优化与创新提供坚实的理论依据与实践指导。

参考文献：

[1]陈星.电动汽车充电负荷预测及有序充电控制策略研究

[2]马玲玲，杨军，付聪等.电动汽车充放电对电网影响综述

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇