摘要随着新能源汽车产业的快速发展，电动汽车充电需求急剧增长，无序充电行为给电网稳定运行带来严峻挑战。本文围绕综合能源充电站中有序充电策略的研究与设计展开探讨，分析了当前有序充电的关键技术、系统架构及运营模式。研究表明，通过融合人工智能算法、多目标优化约束条件及用户参与激励机制，有序充电策略可有效实现电网负荷"削峰填谷"，提高充电设施利用效率，促进清洁能源消纳，为构建绿色、、可持续的交通能源体系提供重要支撑。
关键词：187综合能源充电站；有序充电策略；多目标优化6150；负荷“削峰填谷”；智能充电管理系统；电网稳定0144性
1引言
在全球碳达峰、碳中和目标推动下，新能源汽车作为交通领域绿色转型的关键代表，正经历爆发式增长。根据新统计数据，全球电动汽车数量已接近2000万辆，并且每年保持超过30%的增速。中国作为全球大的新能源汽车市场，截至2022年注册电动汽车数量已超过145万辆，其中加州拥有多（56.3万辆），而北达科他州少（仅380辆）。随着电动汽车普及率的提升，充电基础设施面临巨大压力，尤其是公共快速充电站的需求急剧增加。
电动汽车的快速发展在为交通领域减排带来希望的同时，也给现有电力系统带来了的挑战。研究显示，在无序充电情形下，到2020年与2030年，国家电网公司经营区域峰值负荷将分别增加1361万千瓦和1.53亿千瓦。若不加以有效引导，傍晚时段的充电高峰将与居民用电高峰叠加，形成"峰上加峰"的现象，对电网安全稳定运行构成威胁。此外，配电网增容改造需求增加、充电设施利用率不均衡、局部区域供电质量下降等问题也日益凸显。
展开剩余93%综合能源充电站作为解决上述挑战的重要载体，通过整合分布式光伏、储能系统、传统电网等多种能源资源，并运用智能化管理手段，实现对电动汽车充电过程的有序引导与优化控制。有序充电（OrderlyCharging）是指在考虑电网负荷状态、用户充电需求、能源价格信号等多重因素基础上，通过智能调度策略，合理安排电动汽车的充电时间、充电功率及充电时长，以达到平衡电网负荷、提高充电效率、降低用户成本等多重目标的技术方案。与传统无序充电相比，有序充电能够将充电设施利用率提升40%以上，同时显著降低充电成本，增强电网对可再生能源的消纳能力。
本文旨在系统探讨综合能源充电站中新能源汽车有序充电策略的研究与设计，分析关键技术与系统框架，为相关领域研究提供参考。论文结构如下：二部分介绍综合能源充电站的关键技术；三部分深入研究有序充电策略的设计方法；四部分讨论面临的挑战与未来发展趋势；后部分给出结论。
2综合能源充电站的关键技术
综合能源充电站作为支持电动汽车普及的关键基础设施，整合了多种能源资源与智能化技术，其运行依赖于一系列核心技术的协同创新。这些技术不仅确保了充电过程的安全性与可靠性，还显著提升了能源利用效率与电网互动能力。
2.1有序充电控制策略
有序充电控制策略是综合能源充电站的"大脑"，负责协调优化充电过程。目前主流的控制策略主要包括：
分时电价策略：通过在不同时段设置不同的充电价格，引导用户在电网负荷较低时段充电。如广东石油构建的充电量效分析模型，能够动态找出每座站点充电量和服务费的优组合，通过差异化定价平衡峰谷需求。
智能充电管理系统：利用物联网、大数据和人工智能技术，实时监测电网状态和预测负荷，智能调度充电过程。安科瑞电气开发的充电桩收费运营云平台（AcrelCloud9000）通过不间断数据采集和监控，实时分析充电桩运行状态，实现充电服务、支付管理、交易结算等功能的智能化。
双向互动控制策略：在电网负荷高峰时，允许电动汽车向电网反送电能，参与电网调频调峰。中国电力科学研究院申请的"电动汽车有序充电柔性控制方法和装置及系统、设备"专利，基于用户参与意愿信息和充电台区运行状态，实时生成有序充电控制策略，以小化充电台区的总负荷为目标。
2.2多目标优化约束
综合能源充电站的优化运行需要平衡多个目标与约束条件，形成一个复杂的多目标决策系统。这些优化目标包括：
电网优化目标：降低电动汽车充电对电网的影响，提高电网的稳定性和可靠性。通过功率调节等手段，引导用户在电网负荷较低时段充电，平滑负荷曲线。研究表明，有序充电可以有效避免配电网保护动作跳闸的风险，维持电压稳定性和供电质量。
用户需求满足目标：确保用户的充电时间、充电电量等核心需求得到满足，提供便捷、的充电服务。例如，通过建设快慢充结合的充电设施，为用户提供个性化的充电方案。
运营商经济目标：通过优化充电策略和提高设施利用率，提升充电站的经济效益。广东石油通过的峰谷预测和的现场响应，使单枪日均充电效率比过去提升了40%。
这些优化目标受到多种约束条件的限制，包括设备容量限制、电网安全运行边界、用户充电需求时限以及能源价格波动等。在实际运行中，需要利用优化算法在这些约束条件下寻找优或次优的运行策略。
2.3人工智能技术应用
人工智能技术在综合能源充电站中扮演着越来越重要的角色，为有序充电提供了强大的决策支持和预测能力。主要应用包括：
深度强化学习：通过建立电动汽车泊车时间和充电需求的马尔可夫决策过程模型，应用双深度Q网络等算法求解电动汽车有序充电策略。这种方法能够有效应对电动汽车出行模式和充电需求的不确定性，实现充电场站充电成本小化的目标。
贝叶斯概率模型：用于建模快速充电功能以支持电网频率稳定。如澳大利亚研究人员开发的贝叶斯概率等效容量模型，独特地结合了深度放电脆弱性、移动性需求和车主偏好，对直流快速充电频率支持进行了评估，估计精度高达97.7%。
大数据分析与预测：通过对历史充电数据、用户行为模式、天气条件等多源数据的分析，预测充电需求分布，为充电调度提供依据。广东石油研发的充电智慧"驾驶舱"能够"吞吐"近2300座加能站、2200多座易捷便利店和2200万会员带来的海量数据，将其"换算"成调度指令，实时调度全省980多座充电站。
2.4用户参与激励机制
用户是有序充电系统的重要参与者，其配合程度直接影响有序充电策略的实施效果。建立有效的用户参与激励机制至关重要：
弹性电价机制：通过价格信号引导用户充电行为。广东石油整合时段优惠，推出洗车购物组合促销，引导客户在时段、站点充电，成功实现人工"填谷"。
个性化服务策略：基于用户画像提供定制化服务。在广州石油白鹤洞综合加能站，将客户精细划分为公交车、物流车、网约车、私家车等6个类型，量身定制"充电菜单"，为网约车司机提供专属"特定时段优惠+热饮"，为物流车队提供"快速通道+积分兑保养"，为私家车主送上"免费咖啡+爱心早餐"。
参与意愿反馈机制：中国电科院提出的有序充电柔性控制方法中，考虑了用户的有序充电参与意愿信息，基于用户偏好生成控制策略，提高用户参与度和满意度。
3有序充电策略的设计研究
综合能源充电站的有序充电策略设计是一个系统工程，需要从多个维度进行综合考虑与优化。本节将深入探讨有序充电策略的关键设计原则、方法与实施路径。
3.1基于多时间尺度的优化框架
有效的有序充电策略应当涵盖不同时间尺度的优化决策，从长期规划到实时控制形成完整优化链条。在规划层面，需要根据区域内电动汽车的保有量、充电需求等因素，进行充电桩的布局和规划，提高充电桩的利用率。国家发展改革委等部门发布的《关于促进大功率充电设施科学规划建设的通知》提出，到2027年底，力争全国范围内大功率充电设施超过10万台，服务品质和技术应用实现迭代升级。在运行层面，需要建立日前优化、日内滚动和实时调整的多时间尺度协调机制。例如，可以基于系统动力学预测进行电动汽车充电站规划，考虑未来电动汽车的发展趋势，合理规划充电设施的布局和数量。
综合能源充电站的有序充电策略还需要考虑多能源协同。通过电转气设备、掺氢燃气轮机和碳捕集设备的协同运行，构建以氢能为核心的灵活性资源联合运行框架，实现能源的梯级利用和循环利用。研究表明，这种多能源协同策略可以使综合能源系统的总成本降低10.22%，新能源渗透率提高6.01%，环境惩罚成本降低2.65%。
3.2考虑用户行为不确定性的策略设计
电动汽车用户行为具有显著的随机性和不确定性，是有序充电策略设计面临的主要挑战之一。成功的策略设计需要充分考虑用户行为的多样性、随机性和可引导性。
用户行为建模是有序充电策略设计的基础。通过对用户充电习惯、出行规律、价格敏感性等特征的分析，可以建立用户行为模型，预测充电需求分布。广东石油通过对会员充电行为、消费偏好等大数据的深度分析和标签化管理，逐步构建起清晰的客户画像，为营销奠定基础。研究显示，网约车司机、物流车队和私家车主的充电行为特征存在明显差异，需要采取不同的引导策略。
为了应对用户行为的不确定性，自适应优化算法显得尤为重要。深度强化学习作为一种具有强大学习能力和决策能力的人工智能技术，能够通过与环境的不断交互，学习适应不确定性，从而制定出更加合理的充电策略。这种方法的优势在于能够自动适应环境变化，无需人工重新设计优化规则，具有良好的自适应性和可扩展性。
柔性控制策略是应对用户行为不确定性的另一重要手段。中国电科院提出的电动汽车有序充电柔性控制方法，以小化充电台区的总负荷为目标的凸优化模型，基于有序充电参与意愿信息和充电台区内各私人充电桩的运行状态，实时生成有序充电控制策略。这种柔性控制策略既保证了电网的安全稳定运行，又尊重了用户的个性化需求，提高了用户参与度。
3.3平台化运营管理模式
综合能源充电站的运营依赖于智能化管理平台的支持。平台化运营管理模式通过数据驱动决策、服务触达，推动充电运营从"汗水型增长"向"智慧型增长"转变。
系统架构设计是平台化运营的基础。典型的充电运营管理平台通常采用分层架构，包括数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。数据采集层负责采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护；网络传输层通过4G网络将数据上传至数据库服务器；数据层包含应用服务器和数据服务器，部署各种服务与数据库；客户端层为系统管理员和终端用户提供访问接口。
功能模块设计是平台化运营的核心。完善的充电运营平台应当包含智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等核心功能模块。智能化大屏展示站点分布情况，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；实时监控功能监视充电设施运行状况，包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流等；故障管理功能通过设备自动上报故障信息，实现故障的快速发现与处理。
移动互联网应用是平台化运营的重要组成部分。通过开发运维APP和充电小程序，可以为不同用户群体提供便捷的服务。运维人员通过APP可以对站点和充电桩进行管理、进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况；充电用户通过小程序可查看附近空闲设备，享受扫码充电、账户充值、交易查询等服务。深圳石油新深易捷综合加能站的员工作为"充电管家"，通过企业微信群、APP推送等渠道，定期发送充电优惠、站点动态和促销活动等信息，让客户享受更多优惠。
4面临的挑战与未来发展趋势
尽管综合能源充电站的有序充电策略研究取得了显著进展，但在实际推广应用过程中仍面临诸多挑战，同时也呈现出明确的发展趋势。
4.1当前面临的主要挑战
技术标准不统一：目前国内充电设施的技术标准还不够统一，不同厂家的充电设备兼容性较差，影响了充电设施的互联互通和有序充电控制策略的实施。这种"碎片化"状态限制了规模化、集约化运营模式的发展，增加了系统集成和运维管理的复杂度。
用户参与度不高：虽然分时电价等政策可以引导用户有序充电，但目前用户的参与度还不高，部分用户对有序充电的认识不足，缺乏主动参与的积极性。如何设计有效的激励机制，提高用户参与度，是有序充电策略成功实施的关键。
协同管理难度大：充电设施有序充电涉及到电网、用户、充电设施运营商等多个主体，协同管理难度较大。目前，各主体之间的信息共享和协调机制还不够完善，难以实现全局优的调度策略。
安全与可靠性挑战：大功率充电设施的普及带来了新的安全挑战。国家发改委通知强调，要严格落实"管行业管安全、管业务管安全、管生产经营管安全"的工作要求，高度重视大功率充电设施安全管理。充电站电气系统复杂，负荷波动大，对设备可靠性、电气保护和系统稳定性提出了更高要求。
4.2未来发展趋势
大功率充电技术普及：随着电动汽车电池容量的增加和充电速度要求的提高，大功率充电技术将成为未来发展趋势。国家发改委等部门明确提出，到2027年底，力争全国范围内大功率充电设施超过10万台，并积极布局公交、物流、中重型货运等专用大功率充电设施。
车网互动（V2G）深度融合：未来，随着电池技术的进步和成本下降，电动汽车将不仅仅是用电负荷，更将成为移动的储能单元，参与电网调峰调频等服务。贝叶斯概率等效容量模型等新技术为DCFC参与频率控制提供了理论基础，有望推动车网互动向更深层次发展。
数字化智能化技术应用：人工智能、大数据、物联网等数字化技术将在充电设施运营管理中发挥更加重要的作用。广东石油的充电智慧"驾驶舱"代表了这一趋势，通过数据驱动决策、服务触达的模式，推动充电运营从"汗水型增长"向"智慧型增长"转变。
综合能源系统协同优化：未来充电站将更加注重与配电系统、可再生能源系统、氢能系统等的协同融合。鼓励打造智能有序大功率充电场站，建立大功率充电场站与配电网互动机制，因地制宜配建光伏发电和储能设施。通过考虑电转气设备、掺氢燃气轮机和碳捕集设备协同运行，构建以氢能为核心的灵活性资源联合运行框架。
政策支持与标准化推进：政府部门将继续加大对充电基础设施建设的支持力度，包括用地、供电、财政、金融等配套政策供给。同时，持续推进技术标准体系建设，加快设备型式、计量检测、通讯协议、场站建设、运营管理、安全防护及数字化智能化等关键技术标准制修订，以标准提升促进产业高质量发展。
5安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案5.1概述
AcrelCloud9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。
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）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbusrtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。
3）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。
4）数据层：包含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。
5）应客户端层：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的方式启动充电。
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、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，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，同时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。
5.4.2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。
5.4.3交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、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。
5.4.4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进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在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。
5.4.5统计分析
通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
5.4.6基础数据管理
在系统平台建立运营商户，运营商可建立和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。
5.4.7运维APP
面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、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，同时可接收故障推送
5.4.8充电小程序
面向充电用户使用，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。
5.5系统硬件配置
6结论
本文系统探讨了综合能源充电站的新能源电动汽车有序充电策略的研究与设计。研究表明，有序充电策略通过智能调度充电时间、充电功率和充电时长，能够有效平衡电网负荷，提高充电设施利用效率，降低用户充电成本，促进清洁能源消纳，是实现电动汽车与电网协同发展的重要技术路径。
综合能源充电站的有序充电策略设计是一个复杂的系统工程，需要统筹考虑电网安全、用户需求和运营商经济效益等多个目标，同时应对用户行为不确定性、技术标准不统一、多主体协同难度大等挑战。未来，随着大功率充电技术普及、车网互动深度融合、数字化智能化技术应用以及政策支持与标准化推进，综合能源充电站的有序充电策略将更加成熟、，为构建绿色、、可持续的交通能源体系提供坚实支撑。
在"双碳"战略目标下，综合能源充电站的有序充电策略不仅关乎电动汽车产业健康发展，更关系到新型电力系统建设和能源结构转型。需要政府、企业、科研机构和用户等多方力量共同努力，加强技术攻关、完善政策标准、创新商业模式，推动有序充电技术规模化应用，为实现交通领域绿色低碳转型贡献力量。
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