以碳排放降低為導向的換電站有序充電與綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度淺析

1、背景與需求

        在全球能源轉(zhuǎn)型和 “雙碳” 目標推動下，電動汽車（EV）普及率快速提升，換電站作為重要補能設(shè)施，其規(guī)?；l(fā)展面臨能源消耗與碳排放的雙重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)換電站采用 “無序充電” 模式，即電池充滿后立即停止，未考慮電網(wǎng)負荷波動與可再生能源出力變化，不僅可能引發(fā)電網(wǎng)峰谷差加劇、電壓波動等問題，還會因依賴火電為主的能源結(jié)構(gòu)，導致碳排放總量居高不下。

        綜合能源系統(tǒng)（IES）通過整合電、熱、冷、氣等多能源形式，結(jié)合可再生能源（如光伏、風電）與儲能設(shè)備，為換電站的低碳化運行提供了新思路。而有序充電作為換電站與電網(wǎng)協(xié)同的核心技術(shù)，可通過優(yōu)化充電時序與功率，實現(xiàn) “削峰填谷” 與碳排放降低的雙重目標。因此，研究換電站有序充電與碳排放協(xié)同的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，對推動 EV 產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有重要現(xiàn)實意義。

2、換電站綜合能源系統(tǒng)構(gòu)成與關(guān)鍵問題

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

        換電站綜合能源系統(tǒng)通常包含三大核心模塊：一是能源供給模塊，涵蓋電網(wǎng)、分布式光伏（PV）、風電（WT）等可再生能源，以及燃氣輪機等備用能源；二是能源轉(zhuǎn)換與存儲模塊，包括換電站電池儲能系統(tǒng)（BESS）、充電樁、換熱器等設(shè)備，其中 BESS 既用于滿足車輛換電需求，也可參與電網(wǎng)調(diào)峰；三是能源需求模塊，主要為換電站的電池充電需求，同時包含站內(nèi)辦公、照明等輔助用電負荷。

（二）關(guān)鍵問題

        供需失衡與電網(wǎng)壓力：換電站充電負荷具有 “隨機性、集中性” 特點，若在用電高峰時段無序充電，會加劇電網(wǎng)峰谷差，甚至引發(fā)局部過載。例如，晚高峰時段（18:00-22:00）既是居民用電高峰，也是換電站需求高峰，無序充電會導致電網(wǎng)負荷驟增。

        碳排放與可再生能源消納矛盾：若換電站充電依賴火電為主的電網(wǎng)，會直接增加碳排放；而分布式光伏、風電出力具有間歇性，若無法與充電需求匹配，會導致可再生能源棄電率升高，間接增加碳排放。

        多目標協(xié)同優(yōu)化難度大：綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化需同時滿足 “電網(wǎng)安全（削峰填谷）、低碳（降低碳排放）、經(jīng)濟（最小化運行成本）” 三大目標，三者之間存在耦合與沖突。例如，優(yōu)先使用可再生能源雖能降低碳排放，但可能因出力波動導致電網(wǎng)負荷不穩(wěn)定；追求經(jīng)濟成本最小化可能會增加火電使用，進而升高碳排放。

3、換電站有序充電與碳排放的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度策略

        基于 “源 - 荷 - 儲” 協(xié)同的有序充電調(diào)度模型

        能源供給側(cè)優(yōu)化：優(yōu)先利用分布式光伏、風電等可再生能源，根據(jù)實時出力預測調(diào)整充電功率；當可再生能源出力不足時，通過電網(wǎng)購電補充，同時避免在電網(wǎng)峰時段購電；設(shè)置燃氣輪機作為備用能源，僅在極端情況下啟用，減少碳排放。

        負荷側(cè)優(yōu)化：基于換電站電池需求預測（如車輛到站時間、電池剩余電量），采用 “錯峰充電” 策略，將充電需求轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)谷時段或可再生能源高出力時段；對充電功率進行動態(tài)分配，避免單一時段充電負荷過高，實現(xiàn) “削峰填谷”。

        儲能側(cè)優(yōu)化：利用換電站 BESS 的儲能特性，在可再生能源高出力時段或電網(wǎng)谷時段充電儲能，在可再生能源低出力時段或電網(wǎng)峰時段放電，既提升可再生能源消納率，又緩解電網(wǎng)壓力；同時，BESS 可參與電網(wǎng)調(diào)頻，獲取輔助服務(wù)收益，降低運行成本。

4、安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1概述

        AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場所

        適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

4.3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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(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)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

（5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

        小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

        智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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。

4.4.2實時監(jiān)控

        實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

        平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、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信息。

4.4.4統(tǒng)計分析

        通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.5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、系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)論

        綜上，換電站有序充電與碳排放協(xié)同的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，通過 “源 - 荷 - 儲” 協(xié)同、多目標算法優(yōu)化與動態(tài)反饋機制，可有效平衡電網(wǎng)安全、低碳與經(jīng)濟目標，為 EV 產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展提供技術(shù)支撐。未來研究可進一步結(jié)合氫能等新型能源形式，以及車網(wǎng)互動（V2G）技術(shù)，提升系統(tǒng)的靈活性與低碳性。