摘要：进入21世纪，全球经济增长加速，能源过度开采导致资源耗竭和环境问题。人们正逐渐减少对传统能源的依赖，转而研究风能、太阳能等新型可再生能源。电动汽车因其低污染排放成为研究焦点，并在汽车市场中所占比例逐渐增加。然而，电动汽车数量的快速增长带来了充电负荷问题，对电网稳定性构成威胁，特别是无序充电可能造成电网负荷的叠加，影响电力系统的稳定运行。因此，引导电动汽车有序充电变得至关重要。本文首先分析了电动汽车无序充电的影响因素，对比了不同充电方式，并研究了电动汽车用户行为。通过建立模型，模拟了电动汽车的出行规律和充电负荷，得到了充电负荷的变化趋势。提出了一种基于用户需求的电动汽车有序充电策略，并通过优化算法验证了其在实际应用中的有效性。
关键词：电动汽车；无序充电；用户需求侧；鲸鱼优化算法；有序优化
1引言
自21世纪初以来，全球经济的迅猛增长导致了化石能源的大量消耗，环境问题愈发严峻。清洁能源，例如太阳能和风能，已经成为全球追求的目标。中国正在转变其能源使用模式，减少对化石能源的依赖，并致力于发展新能源汽车，尤其是电动汽车（EV），因其具有环保和高效的优势。全球电动汽车产业正经历着快速的发展，但同时也面临着充电桩数量不足和分布不均的问题，这些问题影响了电网的质量和稳定性。随着电动汽车数量的不断增长，充电需求的随机性和无序性给电网带来了挑战，这要求我们进行合理的规划，以防止潜在的电网故障。
2 国内外发展现状
近年来，各国逐渐认识到电动汽车的重要性，并加大了推广力度，导致电动汽车的数量迅速增加。图1揭示了2015年至2021年间中国、美国和欧盟电动汽车销量的变化趋势。可以看出，中国和欧盟的增长势头尤为显著，其中中国的年均增长率达到58.6%，而欧盟则为50.3%。
图1中国、美国、欧盟电动汽车销量
2.1电动汽车国外发展现状
全球经济环境下面临能源和生态挑战，燃油汽车需改革以减少资源消耗。电动汽车主要技术方向为纯电和燃料电池，而油电混动和插电混动是短期过渡。尽管如此，电动汽车发展仍面临技术突破、制造转型和消费者接受度等挑战。美国、日本和欧洲在电动汽车技术方面领先，持续推动该领域发展。
2.2电动汽车国内发展现状
自21世纪初，中国开始新能源汽车产业的研发工作，2001年新能源汽车项目成为“863”科技课题，确立了从汽油车向氢动力汽车发展的战略。在“十一五”期间，新能源汽车研发得到重视，实施了节能型新能源汽车战略，并对相关产业给予支持。自2009年起，国务院推动汽车产业规划，以自主创新和新能源汽车为主导，目标是到2025至2035年让国产新能源汽车领先世界。根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》，中国计划在“十四五”期间重点发展新能源汽车产业，加速技术创新和产业融合。《“十四五”规划纲要》指出，新能源汽车关键技术如动力电池续航在“十四五”期间将取得重大进展。近年来，中国电动汽车及其相关行业迅速发展，销量和保有量持续增长，纯电动汽车占比提升，形成了多样化发展的局面。
3 电动汽车充电现状
3.1电动汽车无序充电现状
技术进步推动了电动汽车数量的快速增长。电动汽车不仅作为移动储能设备，还在电力系统辅助服务和新能源协同消纳方面展现出潜力。然而，无序充电可能加剧电网负荷波动和电压下降，因此分析其影响至关重要。电动汽车充电功率因型号和种类不同而异，包括交流一级、交流二级和直流充电。研究不同充电功率的比例有助于平衡用户需求和充电时长，同时减少设备投资并降低充电负荷的峰谷差。
3.2电动汽车有序充电现状
《泛在电力物联网白皮书2019》明确指出，通过网络、用户、充电桩和电动汽车之间的互动与分层控制，可以智能地调整充电时间和功率，从而优化电力负荷的运行，实现电网负荷的均衡。这一过程不仅满足了用户的需求，还提升了设备的使用效率，并减少了必要的投资。研究主要集中在用户需求和电网供应两个核心领域。用户端的研究目标是在满足用户需求的同时，最小化充电成本；而电网端则专注于通过电动汽车的接入来实现负荷均衡，这包括降低电网损耗、减少电压偏差以及消除电压谐波等问题。
3.2.1考虑用户需求侧的有序充电策略
我们研究聚焦于用户需求，分析了城市配电网规划在电动汽车充电行为、考虑V2G行为和不考虑V2G行为三种情况下的差异，强调了电动汽车V2G行为在降低配电网规划总投资中的必要性。研究提出了时空引导电动汽车充放电的策略，以实现电网、用户和充电站资源的均衡分布。同时，基于粒子群优化算法，研究制定了调度策略，以调节电动汽车充放电负荷，有效降低分布式能源并网成本。此外，研究分析了电动汽车充电行为特性，并提出了充电站选址定容优化策略，但未深入探讨二者的结合。最后，研究以减少网损和电压偏移为目标，构建了电网运行的动态定价优化策略，但缺乏对区域整体的分析。
3.2.2考虑电网供给侧的有序充电策略
建立了充电负荷预测概率模型，提出了基于充电概率的预测方法，但未解决常规方法的参数设置和预测结果与用户行为不匹配的问题。研究了二次规划和动态规划对不同渗透率电动汽车接入电网的影响，对比了网损和电压变化。优化了充电站位置和规模，基于电动汽车路线和到达概率，平衡了配电网能量流。引入虚拟荷电状态修正充放电行为，提出了基于调峰需求和充电需求的分时电价动态优化方案，实现了电动汽车有序充放电。
4 电动汽车有序充电策略考虑用户需求
当电动汽车大规模并入电网时，无序充电可能会对电网的稳定性及电压质量产生负面影响。鉴于此，本文提出了一种基于用户需求侧的电动汽车有序充电优化策略，该策略融合了改进的鲸鱼优化算法。需求侧响应机制允许用户在电价上涨时调整其用电行为，从而减轻电网的负荷压力。用户激励型响应涉及与运营商签订协议，并根据协议内容调整用电负荷；而价格型响应则通过实施不同的电价策略来引导用户调整其用电模式。有序充电策略的目标是利用分时电价机制引导电动汽车用户在用电需求低谷时段充电，以达到电网负荷均衡的目的。然而，在实际操作中，电价与负荷之间可能存在不匹配的问题。为了优化充电过程，需要构建配电网模型，区分有序和无序充电节点，并考虑用户的参与程度。通过应用优化算法，可以得到系统负荷在时间和空间上的优化分布。
5安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展
5.1概述
安科瑞AcrelCloud-9000云平台利用物联网技术，实现对电动车充电站的实时监控与数据采集，涵盖充电服务、支付、交易结算、资产管理以及电能使用。该平台能够预警充电机的过温、漏电和电压异常等故障，并支持多种网络接入方式，便于用户通过主流支付方式扫码充电。
5.2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。
5.3系统结构
系统分为四层：
1）涵盖了数据采集层、网络传输层、数据层以及客户端层。
2）数据采集层：以电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。这些智能充电桩负责采集充电回路的电力参数，并执行电能计量和保护功能。
3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至预先搭建好的数据库服务器。
4）数据层：由应用服务器和数据服务器组成，应用服务器负责部署数据采集服务和WEB网站，而数据服务器则部署实时数据库、历史数据库和基础数据库。
5）客户端层：系统管理员能够通过浏览器访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户可以通过刷卡或扫码的方式启动充电过程。
小区充电平台的功能主要包括充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析和基础数据管理等。此外，平台还为运维人员提供了运维APP，为充电用户提供了充电小程序。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1 智能化大屏
智能化大屏能够展示站点分布情况，并对设备状态、使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等数据进行统计和显示。用户可以查看每个站点的详细信息，包括站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。通过统一管理小区充电桩，可以监控设备使用率，从而合理分配资源。
5.4.2 实时监控
实时监控功能能够持续跟踪充电设施的运行状态，包括充电桩的运行状态、回路状态、充电过程中的电量、电压和电流，以及充电桩的告警信息。
5.4.3 交易管理
平台管理人员可以对充电用户账户进行管理，执行充值、退款、冻结、注销等操作，并能够查看小区用户每日的充电交易详细信息。
5.4.4 故障管理
设备能够自动上报故障信息，平台管理人员可以通过平台查看故障信息并进行派发处理。运维人员可以通过运维APP接收故障推送，并在完成运维工作后上报处理结果。充电用户也可以通过充电小程序反馈现场问题。
5.4.5 统计分析
通过系统平台，可以从充电站点、充电设施、充电时间、充电方式等多个角度查询充电交易统计信息和能耗统计信息。
5.4.6 基础数据管理
在系统平台中建立运营商户，运营商可以建立和管理其运营所需的站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣和优惠活动，并管理在线卡用户的充值、冻结和解绑操作。
5.4.7 运维APP
运维APP专为运维人员设计，支持站点和充电桩的管理、故障闭环处理、流量卡使用情况查询、充电/充值情况查询，以及远程参数设置，并能接收故障推送。
5.4.8 充电小程序
充电小程序面向充电用户，用户可以查看附近空闲设备，并使用扫码充电、账户充值、充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
5.5系统硬件配置
6.总结
随着环保意识的提升和低噪音优势，电动汽车在我国的市场份额预计将会迅速增长，这一趋势得益于政府的优惠政策支持。然而，随着电动汽车用户数量的增加，充电需求对电网稳定性的影响日益显著。用户的出行模式和驾驶习惯对充电行为产生影响，通过模拟分析，我们可以预测出日均行驶里程与充电负荷的变化趋势。实施有序充电策略，兼顾用户需求的同时，能够优化充电负荷分布和降低配电网的损耗，从而提升电网的经济效益和降低用户的充电成本。
参考文献：
[1]谢拴蝰.电动汽车无序充电对配电网的影响及有序充电优化
[2] 曾雅文．电动汽车充电基础设施规划
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版
