0引言
在雙碳目標(biāo)的指引下，以風(fēng)光電為主的可再生能源將被廣泛使用，建筑屋頂光伏是其中的重要組成部分，到2025年，公共機(jī)構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率將達(dá)到50%，以建筑屋頂光伏系統(tǒng)為代表的分布式能源系統(tǒng)也會(huì)得到大量應(yīng)用。
然而，大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng)可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響，如何有效實(shí)現(xiàn)就地消納是亟待研究的問(wèn)題。同時(shí)，電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年中國(guó)將保有約8000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車，巨大的充電需求也會(huì)對(duì)區(qū)域電力系統(tǒng)造成巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，私家電動(dòng)汽車約有90%以上的時(shí)間停放在建筑內(nèi)或周邊停車場(chǎng)，其充電過(guò)程與建筑能源系統(tǒng)深度融合。因此，探究電動(dòng)汽車與建筑光伏的互動(dòng)方式，并挖掘其對(duì)建筑光伏的利用潛力，以程度消納可再生能源，對(duì)于降低碳排放有重要意義。
2009年，利用太陽(yáng)能為電動(dòng)汽車充電（solarto-vehicle，S2V）的概念被提出后，利用停車場(chǎng)的光伏滿足合理范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車通勤電力需求的做法得到驗(yàn)證，發(fā)表了S2V相關(guān)硬件、經(jīng)濟(jì)性和策略的研究成果。但目前電動(dòng)汽車的主要充電模式大多為恒功率充電，造成了大量瞬時(shí)尖峰負(fù)荷，給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的壓力。另外，光伏電力的波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性等不穩(wěn)定特征，與電力需求側(cè)的負(fù)荷存在較大的不匹配關(guān)系。實(shí)際S2V場(chǎng)景中往往需要從電網(wǎng)取電為電動(dòng)汽車充電，同時(shí)又有部分光伏無(wú)法消納。因此，設(shè)計(jì)一種新的有序充電策略，將電動(dòng)汽車充電需求與光伏發(fā)電特性相匹配，對(duì)于綠電消納十分重要。
文獻(xiàn)采用一種多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電，從而降低負(fù)荷波動(dòng)率和用戶充電成本。文獻(xiàn)提出一種微電網(wǎng)電動(dòng)汽車有序充電策略，采用模糊控制算法優(yōu)化安排電動(dòng)汽車充電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)電力的削峰填谷，并通過(guò)模擬仿真進(jìn)行了檢驗(yàn)。文獻(xiàn)以住宅小區(qū)電動(dòng)汽車集群為研究對(duì)象，建立了基于分時(shí)電價(jià)的有序充電集中式優(yōu)化模型并采用基于模擬退火機(jī)制的混沌粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，降低了充電負(fù)荷的峰谷比。但這些研究并未考慮電動(dòng)汽車充電需求與光伏電力的協(xié)同問(wèn)題，得出的結(jié)論通常是讓電動(dòng)汽車在夜間進(jìn)行充電。文獻(xiàn)考慮了電動(dòng)汽車充電與集中式光伏發(fā)電直接協(xié)同，但針對(duì)分布式光伏，尤其是建筑光伏的研究較少。文獻(xiàn)考慮了分布式光伏和負(fù)荷的不確定因素，提出一種上層以配電網(wǎng)年用電成本小、下層以優(yōu)化電網(wǎng)穩(wěn)定性為目標(biāo)的雙層控制策略。文獻(xiàn)以微電網(wǎng)為研究對(duì)象，考慮充電需求和風(fēng)光電輸出的不確定性，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)充電設(shè)備利用率的高低控制充電站運(yùn)行時(shí)間。文獻(xiàn)對(duì)分布式光伏發(fā)電下的電動(dòng)汽車充電策略進(jìn)行了分析，提出了充電行為策略的優(yōu)化方案，促進(jìn)了電動(dòng)汽車充電負(fù)荷與分布式電力的匹配性，但并未考慮將光伏發(fā)電功率與充電樁充電功率協(xié)同控制，未能在實(shí)時(shí)的充電控制層面給出進(jìn)一步研究。
除此之外，電動(dòng)汽車車主的充電行為模式也是影響充電負(fù)荷的關(guān)鍵因素。文獻(xiàn)基于用戶意愿和出行規(guī)律對(duì)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷進(jìn)行了優(yōu)化分配。文獻(xiàn)根據(jù)車用電需求和調(diào)峰需求提出了一種可適應(yīng)多種充電模式的優(yōu)化控制策略。文獻(xiàn)進(jìn)一步考慮了在光伏發(fā)電條件下，充電需求、充電行為與光伏消納之間的耦合控制，采用了非預(yù)測(cè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)充電功率的動(dòng)態(tài)分配。但上述研究尚未考慮用戶行為對(duì)充電條件的適應(yīng)性變化，由于電動(dòng)汽車在辦公場(chǎng)景下長(zhǎng)時(shí)間停留，可以采用即停即插的充電模式，使充電功率的調(diào)配具有更大的柔性調(diào)節(jié)空間。
因此，本文基于建筑光伏的發(fā)電特性和電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷特性，提出了一種基于直流母線電壓的有序充電控制策略，在滿足電動(dòng)車充電需求的基礎(chǔ)上，盡量減少外網(wǎng)充電行為，實(shí)現(xiàn)本地光伏電力的有效利用。
1系統(tǒng)配置與控制策略
1.1系統(tǒng)拓?fù)?/span>
本研究直流充電系統(tǒng)包括光伏模塊、充電樁、交流電網(wǎng)和建筑負(fù)載，并聯(lián)在直流母線上，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。光伏模塊通過(guò)一個(gè)直流/直流變換器（DC/DC）接到直流母線上，設(shè)置系統(tǒng)僅通過(guò)光伏模塊為充電樁供電，充電樁無(wú)法從電網(wǎng)取電；交流電網(wǎng)是一個(gè)雙向的能量交互模塊，通過(guò)整流器（AC/DC）與直流母線連接：當(dāng)系統(tǒng)從電網(wǎng)取電時(shí)，AC/DC處于整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，為系統(tǒng)供電；當(dāng)光伏富余時(shí)，系統(tǒng)向電網(wǎng)送電，AC/DC處于逆變狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換成一定頻率和幅值的交流電送入電網(wǎng)；單向直流充電樁和建筑用電作為系統(tǒng)主要負(fù)載，其中建筑負(fù)載為可選項(xiàng)，即不連接建筑負(fù)載時(shí)，該系統(tǒng)僅為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)；電動(dòng)汽車可視為該系統(tǒng)的移動(dòng)蓄電池，其充電電流可調(diào)，使得負(fù)載功率可在較大范圍內(nèi)變化。上述各部分通過(guò)母線電壓作為信號(hào)在運(yùn)行中保持系統(tǒng)能量平衡。
圖1系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.2直流母線電壓控制策略
為大化利用太陽(yáng)能清潔能源，光伏模塊需盡可能地以大功率輸出，本系統(tǒng)通過(guò)改進(jìn)的大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）擾動(dòng)觀測(cè)法[19,22]，追蹤改變電壓以獲得大功率狀態(tài)點(diǎn)。需要注意的是，光伏輸出的功率只與光照強(qiáng)度和光伏板溫度有關(guān)，系統(tǒng)中其他模塊運(yùn)行策略不干擾光伏模塊輸出電壓（UPV,max），UPV,max始終為光伏組件在當(dāng)前時(shí)刻的大功率點(diǎn)電壓。本文系統(tǒng)中母線電壓（UDC）通過(guò)和DC/DC占空比（系統(tǒng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間與周期時(shí)間的比值，α）確定，二者關(guān)系為
（1）
式中：UDC,max和UDC,min分別為直流母線允許的高和低電壓。母線電壓升高或保持在高位，意味著光伏的發(fā)電功率充足，可提高充電樁充電的總功率，多余的光伏電力則會(huì)并入電網(wǎng)；當(dāng)母線電壓降低，意味著光伏的發(fā)電功率不足，則需要降低充電樁的總充電的功率。
1.3充電樁控制策略
為了使充電樁的功率能夠自適應(yīng)地主動(dòng)調(diào)節(jié)，本文提出一種基于直流母線電壓的充電樁有序充電控制策略。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)汽車大充電功率（Pc,max）是指令功率的上限值，充電樁額定功率（Pc,rated）將限制充電樁大實(shí)際輸出功率，基于此根據(jù)直流母線電壓（UDC）和車輛電池荷電狀態(tài)（Soc）確定充電功率（P?），即充電功率指令值是關(guān)于UDCSocPc,maxPc,rated等參數(shù)的函數(shù)，即有P?=f(UDC,Soc,Pc,max,Pc,rated...)。其中，P?與UDC正相關(guān)，光伏富余時(shí)，母線電壓升高，充電樁功率增大；P?與Soc負(fù)相關(guān)，車輛電池荷電狀態(tài)低時(shí)，優(yōu)先以更大功率充電。
當(dāng)電動(dòng)汽車接入系統(tǒng)之后，充電樁獲取電動(dòng)汽車參數(shù)（Soc和Pc,max）。根據(jù)Soc計(jì)算起始點(diǎn)充電電壓U0（UDC＞U0時(shí)，開(kāi)始充電）和功率曲線弧度nc（實(shí)現(xiàn)不同Soc電動(dòng)汽車的充電功率控制，使得相同母線電壓下，車輛電池荷電狀態(tài)更低的車輛優(yōu)先以更大功率充電）。U0和nc的計(jì)算公式為
U0=Soc(UDC,max-UDC,min-2ΔU)+UDC,min+ΔU（2）
nc=Soc/(1-Soc)（3）
式中：ΔU為死區(qū)電壓差。
隨后，根據(jù)母線電壓UDC所處的區(qū)間，判斷并計(jì)算指令充電功率P*，計(jì)算公式為
（4）
除此之外，在整個(gè)配電系統(tǒng)中，電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的權(quán)限高。為保護(hù)電動(dòng)汽車，一般在充電電流降低至1A或充電功率小于0.5kW時(shí)的近零功率充電，電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)將判斷充電接近充滿或電路故障，從而切斷充電。
2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與性能評(píng)價(jià)方法
2.1實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
本文選取北京某辦公建筑為例，搭建如圖2所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。依據(jù)T/CABEE030—2022《民用建筑直流配電標(biāo)準(zhǔn)》，該辦公樓直流母線電壓等級(jí)為375V，并允許在一定范圍內(nèi)（如85%~105%）變化。建筑屋頂光伏裝機(jī)容量為20kWp，建筑周邊接入2個(gè)額定功率為6.6kW的智能充電樁，采用1.3節(jié)中的控制策略。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中建筑內(nèi)負(fù)載使用頻率較低，因此不作為本文分析重點(diǎn)。
圖2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拓?fù)渑c場(chǎng)地實(shí)景
2.2充電功率控制效果
本文設(shè)置充電樁循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)周期為30ms，直流母線電壓上、下限分別是395V和320V，死區(qū)電壓差ΔU為5V。為檢驗(yàn)充電樁功率控制的有效性，本文對(duì)不同Soc和母線電壓下的21個(gè)指令功率和充電樁實(shí)際功率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，每個(gè)功率測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行15次測(cè)試并取平均值，控制效果如圖3所示。在不同Soc和母線電壓下，智能充電樁的充電功率與實(shí)際功率能夠保持接近，實(shí)現(xiàn)符合預(yù)期的控制，實(shí)際功率與指令功率之間的偏差率均小于±10%，平均偏差率為1%，表明智能充電樁在實(shí)際系統(tǒng)中可適應(yīng)直流母線電壓的變化和不同車型的接入，可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的充電策略。
2.3光伏消納率和負(fù)荷滿足率
為分析充電樁控制策略的可行性，本文采用光伏消納率（selfconsumptionrate，SCR）和負(fù)荷滿足率（loadsatisfactionrate，LSR）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。光伏消納率和負(fù)荷滿足率越高，意味著光伏電力得到有效利用的程度越高。
式中：SCR為光伏發(fā)電中用于負(fù)載耗電的比例；LSR為負(fù)載用電中來(lái)自光伏電力的比例；EPV、Ecar分別為計(jì)算時(shí)間段內(nèi)的光伏發(fā)電量和電動(dòng)汽車充電量，kW·h；Egrid,export、Egrid,import分別為并網(wǎng)電量和從電網(wǎng)取電的電量，kW·h。
圖3指令功率與實(shí)際功率偏差示意
當(dāng)不用采用外網(wǎng)充電（Egrid,import=0）時(shí)，負(fù)荷滿足率為1，即完*由建筑光伏對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。
3運(yùn)行效果分析
Soc系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試調(diào)優(yōu)后投入實(shí)際運(yùn)行，使用人員主要為周邊建筑辦公人員，汽車充電時(shí)間均處于日間工作時(shí)間，車主將車輛停放時(shí)可自由接入進(jìn)行免費(fèi)充電。本研究涉及數(shù)據(jù)主要包括：實(shí)時(shí)的光伏發(fā)電功率、光伏上網(wǎng)功率和各充電樁充電功率，以及母線電壓、車輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間和等參數(shù)信息。依據(jù)天氣狀況，選取光伏充足和光伏不足2個(gè)典型日，對(duì)充電樁實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行分析。
3.1光伏充足典型日
3.1.1系統(tǒng)供用電情況
SCR晴朗天氣時(shí)，光伏充足工況下系統(tǒng)供用電情況如圖4所示。光伏大發(fā)電功率為13.7kW，日累計(jì)發(fā)電量為71.8kW·h，可滿足2輛電動(dòng)汽車同時(shí)充電。其中2號(hào)充電樁在08:00開(kāi)始工作，1號(hào)充電樁在09:00開(kāi)始工作。在14:00前光伏發(fā)電量保持充足，14:00之后光伏發(fā)電量下降。在運(yùn)行過(guò)程中，充電樁消耗了大量的光伏電力，多余的光伏電力并入電網(wǎng)，大并網(wǎng)功率為6.5kW，在光伏功率大時(shí)發(fā)生，此時(shí)為52.3%。光伏電力較少時(shí)，充電功率受控，緊隨光伏發(fā)電功率變化，整體運(yùn)行效果符合策略設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)在光伏波動(dòng)特性下多電動(dòng)汽車的有序充電。2輛電動(dòng)汽車分別充電30.6 kW·h和13.9 kW·h，實(shí)現(xiàn)了100%的負(fù)載滿足率和63%的光伏消納率，多余光伏并入電網(wǎng)，系統(tǒng)不從電網(wǎng)取電。
圖4光伏充足日系統(tǒng)供用電情況
3.1.2充電樁運(yùn)行效果
光伏充足工況下，充電樁的控制效果如圖5所示。光伏發(fā)電時(shí)，母線電壓跟隨光伏組件的大功率點(diǎn)電壓發(fā)生變化，母線電壓基本維持在385~390V。當(dāng)光伏發(fā)電量減少，母線電壓下降，充電樁的充電功率也會(huì)因此減?。划?dāng)光伏發(fā)電量回升時(shí)，母線電壓也會(huì)升高，進(jìn)而提高充電功率。
圖5光伏充足日充電功率與車電池情況
根據(jù)1.3節(jié)充電策略，充電樁的充電功率受車輛的Soc和母線電壓影響。相同母線電壓下，車輛Soc越大，充電功率越低，以保障低電量的電動(dòng)汽車可以獲得更大的充電功率。由圖5可知，1號(hào)充電樁雖然晚于2號(hào)充電樁接入電動(dòng)汽車，但是由于1號(hào)樁車輛Soc相對(duì)更低，在其接入后系統(tǒng)優(yōu)先將有限的光伏電力供給1號(hào)充電樁，導(dǎo)致2號(hào)充電樁充電功率突降。在光伏電力發(fā)生波動(dòng)和不足時(shí)，光伏功率也優(yōu)先分配給了Soc更低的電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低電量車的需求保障。同時(shí)，隨著電動(dòng)汽車Soc的上升，充電樁的充電功率也在不斷下降。通過(guò)母線電壓與Soc的配合控制，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電負(fù)荷特性與光伏發(fā)電特性的有效匹配，2輛車的Soc都達(dá)到了80%以上。
圖6光伏不足日系統(tǒng)供用電情況
3.2光伏不足典型日
3.2.1系統(tǒng)供用電情況
陰雨天氣時(shí)，在光伏發(fā)電量少的工況下，系統(tǒng)供用電情況如圖6所示。在該條件下，光伏大發(fā)電功率為5.9kW，日累計(jì)發(fā)電量為22.1kW·h。充電樁在08:00開(kāi)始工作，未能消耗的光伏電力并入電網(wǎng)，大并網(wǎng)功率為1.4kW，在充電樁開(kāi)始工作前發(fā)生。在充電策略的控制下充電功率緊隨光伏發(fā)電功率變化，大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏的利用。電動(dòng)汽車共充電19.1kW·h，實(shí)現(xiàn)了100%的負(fù)載滿足率和86%的光伏消納率，多余光伏并入電網(wǎng)，系統(tǒng)不從電網(wǎng)取電。需要注意的是，除了充電負(fù)荷之外，部分光伏電力還用于充電樁系統(tǒng)的響應(yīng)和控制，將此部分計(jì)入后光伏消納率為94%，光伏電力幾乎全部用于滿足電動(dòng)汽車的充電需求。
3.2.2充電樁運(yùn)行效果
Soc在光伏不足日，光伏發(fā)電量少且波動(dòng)更為劇烈，母線電壓也隨之波動(dòng)，在06:00—11:00期間出現(xiàn)了大幅度上升和下降，如圖7所示。為了對(duì)充電功率進(jìn)行有效控制，充電樁的計(jì)算和響應(yīng)更為頻繁，這一過(guò)程也消耗了部分電力。實(shí)現(xiàn)了充電功率曲線與光伏發(fā)電功率曲線的高度重合，在不從電網(wǎng)取電的情況下，有效利用光伏電力，使得電動(dòng)汽車的達(dá)到了80%以上。
圖7光伏不足日充電功率與車電池情況
4智能充電模式與傳統(tǒng)恒功率模式對(duì)比
為分析本文智能充電模式的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本文采用蒙特卡洛模擬方法，基于3.1節(jié)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的光伏條件對(duì)實(shí)際工況下的傳統(tǒng)恒功率充電模式（充電樁保持6.6kW額定功率供電，光伏不足時(shí)從電網(wǎng)取電）和智能充電模式進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬過(guò)程中，電動(dòng)汽車電池參數(shù)和轉(zhuǎn)移行為均通過(guò)實(shí)際調(diào)研情況采集，模擬8輛車在典型日的充電情況，模擬80次后結(jié)果達(dá)到收斂。平均每天充電樁充電功率和光伏發(fā)電功率變化情況如圖8所示。
圖8模擬的典型日恒功率與變功率數(shù)據(jù)
在恒功率充電模式和智能充電模式下，電動(dòng)汽車的總充電量相同，均為44 kW·h/天，平均每輛車5.5 kW·h/天，這是由電動(dòng)汽車的能量需求所決定的，符合北京市日常通勤單程距離22.9 km的能量需求[24]。但由圖8可以看出，在恒功率充電模式下，電動(dòng)汽車接入充電樁系統(tǒng)后立即就會(huì)以大的充電功率開(kāi)始充電，直到達(dá)到較高值，充電功率受電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)控制才會(huì)逐漸下降，在這一模式下，充電需求的波峰與光伏發(fā)電的波峰相錯(cuò)開(kāi)，在08:00—10:00之間需要從電網(wǎng)取電來(lái)補(bǔ)足電動(dòng)汽車的充電功率需求，大取電功率達(dá)到了10.9 kW。而當(dāng)光伏發(fā)電量達(dá)到峰值時(shí)，電動(dòng)汽車的充電需求已經(jīng)下降，更多的光伏被棄掉或者并入電網(wǎng)，這一模式下的平均為71.1%，平均為43.2%，光伏并網(wǎng)的大功率達(dá)到了11.5 kW。在功率可控的變功率模式下，電動(dòng)汽車充電功率與光伏發(fā)電功率得到了很好的匹配，無(wú)須從電網(wǎng)取電即可滿足電動(dòng)汽車的充電需求，并且有效降低了光伏并網(wǎng)的大功率，這一模式下的平均為100%，平均為61.3%，相比恒功率模式下提高了42%，光伏大并網(wǎng)功率為5.3 kW，下降了54%。
綜上所述，相比傳統(tǒng)恒功率充電模式，本文所提出的智能充電模式更能適應(yīng)光伏的發(fā)電特性，能夠在滿足電動(dòng)汽車充電需求的同時(shí)更好消納光伏。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光伏的發(fā)電總量遠(yuǎn)大于電動(dòng)汽車的需求量，在未來(lái)會(huì)在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地安裝更多的充電樁，吸引更多用戶來(lái)使用，促進(jìn)光伏消納；另一方面，在充電策略上還可以補(bǔ)充時(shí)間點(diǎn)這一參數(shù)用于調(diào)節(jié)，使時(shí)間尺度上電動(dòng)汽車的充電功率更為平穩(wěn)，避免上午電量充滿后導(dǎo)致下午大量光伏并網(wǎng)的情況。
5安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)選型方案
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
5.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
5.4.3交易管理
平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。
5.4.4故障管理
設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。
5.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管
理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
5.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送
5.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
5.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號(hào) | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái) | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號(hào)召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來(lái)滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求，提供電動(dòng)汽車充電軟件解決方案，可以隨時(shí)隨地享受便捷高效安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號(hào)、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務(wù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給，能計(jì)時(shí)，計(jì)電度、計(jì)金額作為市民購(gòu)電終端，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護(hù)等級(jí)IP65，具備防雷 保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、遠(yuǎn)程升級(jí)，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡，掃碼、免費(fèi)充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn) 程升級(jí)，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級(jí)IP65，僅支持免費(fèi)充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，免費(fèi)充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤(pán)本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級(jí) 支持Modbus和645協(xié)議 證書(shū)：MID/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式電能計(jì)量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì)；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí) 證書(shū)：MID/CE認(rèn)證 |
無(wú)線計(jì)量?jī)x表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無(wú)功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測(cè)溫；1路剩余電流測(cè)量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級(jí)（改造項(xiàng)目） 證書(shū)：CPA/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測(cè)量，正反向電能計(jì)量，復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級(jí)，1路485通訊，1路直流電能計(jì)量AC/DC85-265V供電 證書(shū)：MID/CE認(rèn)證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測(cè)量，正反向電能計(jì)量:紅外通訊:電壓輸入1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1 證書(shū)：CE認(rèn)證 |
電氣防火限流式保護(hù)器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實(shí)現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過(guò)載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、線纜溫度監(jiān)測(cè)等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無(wú)線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè) |
6 結(jié)論
為促進(jìn)電動(dòng)汽車充電行為與分布式建筑光伏匹配，本文提出了一種基于母線電壓的智能充電樁控制策略，并在實(shí)際的辦公建筑中進(jìn)行了測(cè)試運(yùn)行，分析運(yùn)行結(jié)果得出以下結(jié)論。
1）該策略能夠有效地根據(jù)光伏發(fā)電情況和電動(dòng)汽車電池情況調(diào)整充電樁的充電功率，實(shí)現(xiàn)光伏功率跟蹤和有序充電，系統(tǒng)的控制偏差率低于±10%，能夠在不同工況下穩(wěn)定運(yùn)行。
2）在實(shí)際運(yùn)行中充電功率得到有效控制，緊隨母線電壓變化，并根據(jù)的升高而下降，實(shí)現(xiàn)了有序充電?？梢圆粡碾娋W(wǎng)取電，僅利用光伏電力滿足電動(dòng)汽車車主的日常通勤用電需求，達(dá)到了100%。
3）通過(guò)模擬的方法與傳統(tǒng)的充電方式進(jìn)行比較，本文提出的策略可以將提高42%，將光伏并網(wǎng)峰值功率下降54%，大幅減少分布式光伏對(duì)電網(wǎng)的影響。本文提出的智能充電樁控制策略可促進(jìn)建筑光伏與電動(dòng)汽車的實(shí)時(shí)互動(dòng)，在滿足充電需求的基礎(chǔ)上，減少外網(wǎng)供電，提高光伏自消納能力和負(fù)荷滿足率，為建筑光伏高效利用和交通領(lǐng)域電氣化提供了借鑒和參考。除此之外，本研究充電策略將長(zhǎng)期持續(xù)在辦公樓運(yùn)行，未來(lái)可對(duì)用戶滿意度和充電行為進(jìn)行進(jìn)一步分析。
參考文獻(xiàn)
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[3]中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì).節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0[R].上海:中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì),2020.
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