摘要:近年來,新能源汽車的銷量快速增長,相應(yīng)的充電樁數(shù)量也急劇增加,這一現(xiàn)象可能會給電網(wǎng)和變壓器造成負(fù)擔(dān),與此同時(shí),新型電力系統(tǒng)下以光伏為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)占比也在逐漸提高,新能源的不穩(wěn)定性疊加充電需求的不確定性會給電網(wǎng)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文主要介紹基于新型電力系統(tǒng)下的有序充電管理系統(tǒng)的解決方案,這種有序充電方案能夠充分利用新能源,降低電網(wǎng)波動,從而幫助充電樁運(yùn)營管理單位降低建設(shè)和運(yùn)營成本,還可以提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
1 有序充電管理系統(tǒng)建設(shè)的必要性
截至2024年6月底,?全國新能源汽車保有量達(dá)2472萬輛,根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù),截止2024年4月,全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為961.3萬臺,這些數(shù)據(jù)不僅展示了中國新能源汽車市場的蓬勃生機(jī),也預(yù)示著電動出行時(shí)代正在加速到來。與此同時(shí),截至2024年3月底,全國可再生能源裝機(jī)達(dá)到15.85億千瓦,約占我國總裝機(jī)的52.9%。
新能源發(fā)電性能受天氣影響波動比較大,新能源汽車充電需求也具有較大的不確定性,兩個(gè)Debuff疊加之下的電力系統(tǒng)就太難了。在這種情況下通過系統(tǒng)來預(yù)測新能源發(fā)電和負(fù)荷需求,并通過合理的新能源光、儲調(diào)控和充電需求引導(dǎo)控制,不僅可以促進(jìn)新能源消納,還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,更能降低用戶充電能本。
圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖
2 有序充電系統(tǒng)的建設(shè)
有序充電系統(tǒng)由預(yù)測算法、能量管理策略、有序充電策略和充電樁運(yùn)營管理系統(tǒng)等構(gòu)成。預(yù)測算法包括光伏發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測,是利用歷史數(shù)據(jù)對未來 24 小時(shí)至72小時(shí)的光伏發(fā)電和負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測,主要目的是為能量管理系統(tǒng)和有序充電策略提供未來時(shí)間的可用負(fù)荷容量和能量管理策略。通過對儲能裝置的充放電調(diào)控和引導(dǎo)充電需求,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的削峰填谷,提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性,降低充電成本,通過以上算法和軟件構(gòu)成的一體化充電服務(wù)體系來提高運(yùn)營競爭力。
圖2 有序充電管理系統(tǒng)功能模塊
嘉定是上海汽車產(chǎn)業(yè)聚集地,嘉定供電公司與國網(wǎng)電動汽車服務(wù)有限公司合作開展智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目,應(yīng)用有序充電技術(shù),統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動汽車與電網(wǎng)電力電量平衡,有效地提高電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的有序性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性,實(shí)現(xiàn)電動汽車、儲能、分布式電源等新型用能設(shè)備的數(shù)據(jù)感知、采集和控制,統(tǒng)一協(xié)調(diào),有序運(yùn)行。智慧有序充電建設(shè)通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動調(diào)控,降低配變峰值負(fù)荷超過30%,將80%充電量優(yōu)化調(diào)整到了配變負(fù)荷低谷時(shí)段,使配變接納充電樁能力提高4倍,顯著提升配電網(wǎng)資源利用率,實(shí)現(xiàn)削峰填谷。
圖3 有序充電管理解決方案
3 安科瑞有序充電系統(tǒng)解決方案
3.1 預(yù)測算法
光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實(shí)時(shí)輸出功率數(shù)據(jù)、光伏組件運(yùn)行狀態(tài)等信息,結(jié)合相關(guān)算法模型,實(shí)現(xiàn)短期功率預(yù)測(預(yù)測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率,時(shí)間分辨率為15min)、超短期功率預(yù)測(預(yù)測未來15min-4h的光伏輸出功率,時(shí)間分辨率為15min)功能。負(fù)荷預(yù)測根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù),結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、天氣等因素預(yù)測下一個(gè)周期的負(fù)荷需求,協(xié)助安排能源計(jì)劃和控制策略。
系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)計(jì)算充電可用容量,結(jié)合充電歷史特點(diǎn)對儲能進(jìn)行充放電控制,或調(diào)整電動汽車充電功率、價(jià)格進(jìn)行調(diào)控,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)降低充電成本。
圖4 光功率預(yù)測
3.1 能量管理策略
能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調(diào)分配技術(shù),基于在通用設(shè)計(jì)平臺和運(yùn)行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略,實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運(yùn)行前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控,有效消除峰谷差、平滑負(fù)荷,短時(shí)柔性擴(kuò)容,提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、補(bǔ)償負(fù)荷波動。同時(shí)在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式,有效防止逆功率。
圖5 能量管理策略
3.3 有序充電
有序充電策略主要根據(jù)負(fù)荷允許容量變化來進(jìn)行充電許可或充電功率控制,采用先到先充或權(quán)限優(yōu)先等策略,保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器負(fù)荷率,計(jì)算變壓器剩余容量,結(jié)合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進(jìn)行動態(tài)控制,包括:用戶權(quán)限識別、充電行為統(tǒng)計(jì)、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價(jià)格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求,培養(yǎng)用戶充電習(xí)慣,提高電網(wǎng)對充電的友好度和容納能力。
圖6 有序充電管理
3.4 充電運(yùn)營管理
安科瑞充電運(yùn)營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊(duì)等待的情況,同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。
圖7 充電運(yùn)營管理
4 充電樁設(shè)備
安科瑞AEV200-DC240M分體式直流充電柜采用為一柜四樁設(shè)計(jì),單樁最大充電功率240kW,充電電壓150V-1000V,單樁最大電流250A,滿足用戶快速充電需求。
圖8 AEV200-DC240M充電柜以及AEV200-DC250AS直流充電樁
除了分體式充電樁外,公司還提供160kW、120kW、80kW、60kW、30kW直流充電樁以及7kW交流充電樁,滿足各種場合的充電要求。
型號 | 圖片 | 功率 | 輸入電壓 | 備注 |
AEV200-DC160S |
| 160kW | AC380V | 雙槍,公共場所快充 |
AEV200-DC160D | 160kW | AC380V | 單槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC120S | 120kW | AC380V | 雙槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC120D | 120kW | AC380V | 單槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC080S | 80kW | AC380V | 雙槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC080D | 80kW | AC380V | 單槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC060S | 60kW | AC380V | 雙槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC060S | 60kW | AC380V | 單槍,公共場所快充 | |
AEV200-DC030D |
| 30kW | AC380V | 單槍 |
AEV200-AC007D |
| 7kW | AC220V | 單槍,目的地充電 |
充電樁產(chǎn)品符合NB/T 11305.2-2023《電動汽車充放電雙向互動 第2 部分:有序充電》要求,有序充電管理系統(tǒng)、有序充電設(shè)備、用戶交互功能、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間等均滿足有序充電的要求。
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