电动汽车充电负荷预测与智能有序充电策略探究-德赢Vwin官网网

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：全球工业化进程加快致使石油等资源消耗加剧，能源短缺与环境污染问题极为严峻。电动汽车作为清洁且高效的交通形式，备受瞩目。中国政府为推动电动汽车行业进步，出台诸多政策，促使其在中国蓬勃发展。然而，大规模电动汽车无序充电给电网的稳定安全运行带来巨大挑战。因此，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，对电网、用户和电动汽车企业意义重大。

关键词：电动汽车；充电负荷预测；智能有序充电

一、引言

随着全球能源与环境形势愈发严峻，电动汽车正逐步替代传统燃油车，成为一种新兴的交通方式。中国政府为促进电动汽车产业发展，实施购车补贴、充电设施建设等一系列政策，使其发展态势强劲。但电动汽车的广泛应用也引发新难题，尤其是大规模无序充电对电网稳定安全运行构成严重威胁。所以，研究电动汽车充电负荷预测并探寻智能有序充电策略，已成为当下亟待解决的关键问题。

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石。本研究运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，剖析影响充电负荷的主要因素，涵盖起始充电时刻、起始 SOC、日行驶里程等。接着，结合峰平谷电价的作用，借助机器学习算法构建充电负荷预测模型。该模型能够精准预测不同时段电动汽车的充电需求，为制定有序充电策略提供有力依据。

三、电动汽车充电模式剖析

用户在充电时，会依据自身对充电的需求程度与紧急状况，并结合车辆类型，挑选适宜的充电模式。当前，电动汽车充电技术持续演进，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广泛。

（一）常规充电模式

常规充电又称慢速充电，通常采用 220V 交流电压，具有小电流低功率的特性。由于充电耗时较长，一般需 5 - 10 小时，所以慢速充电桩多安装于居民小区、办公场所等用户停留时间久的区域。常规充电在安装与成本方面优势显著，例如无需额外架设供电线路、对配电网和电池冲击小、可延长电池使用寿命等。故而，慢速充电模式常用于日行驶里程与时长较短的私家车上。

（二）快速充电模式

快速充电的特点是充电电流大，能在短时间内为电池补充电能。快速充电桩为电动汽车补充约 80% 电池容量的电能时，一般仅需 1 - 2 小时。快速充电模式显著优势在于充电时间短，因此常应用于人口流动大且有充电需求的场所，如大型商超、高速公路补给站等。不过，快速充电会对电池和配电网产生较大冲击，影响电池使用寿命以及电网稳定安全运行。所以，快速充电模式多在紧急情况下用于电量补充。

（三）充电站更换电池模式

换电池模式既能快速满足电动汽车的电能需求，又不会对电网和电池造成强烈冲击。对于日行驶里程和时长较长且无合适时段充电的运营类车辆，可考虑采用换电池模式维持正常运营。换电池模式历经发展已具规模，技术相对成熟，一般仅需十分钟左右即可完成电池更换。然而，该模式也存在一些弊端，如频繁拆卸电池对电动汽车稳定性和安全性要求高、电池标准不统一限制其推广、换电站需储存大量电池导致投资成本高与风险大等。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，积极鼓励用户充电；在电网负荷高峰时段，限制或推迟充电行为。同时，结合峰平谷电价政策，引导用户合理选择充电时段，降低充电成本。此外，引入智能算法对充电策略持续优化，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开展不间断的数据采集与监控，实时监测充电桩运行状态，执行充电服务、支付管理、交易结算、资产管理、电能管理、明细查询等操作。同时，针对充电机过温保护、漏电、充电机输入 / 输出过压、欠压、绝缘低等各类故障予以预警；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

1.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、充电桩故障等予以统计显示，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，统一管理小区充电桩，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。

3.交易管理：平台管理人员可管理充电用户账户，进行账户充值、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.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。

5.统计分析：通过系统平台，从充电站点、充电设施、充电时间、充电方式等不同维度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

6.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。

7.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。

8.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

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。

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

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