安(ān)科瑞 陳聰

摘(zhāi)要：近(jìn)年來，電(diàn)動汽車和(hé)插(chā)電式電動(dòng)汽(qì)車的銷量穩步增長(cháng)，充電(diàn)樁(zhuāng)數(shù)量(liáng)急(jí)劇增加,這一(yī)現象(xiàng)可能會給(gěi)電網(wǎng)和當(dāng)地配(pèi)電電路和(hé)變壓(yā)器造成負擔，而且(qiě)可能會(huì)導(dǎo)致電力公司的(dí)成本增加。文(wén)中(zhōng)介(jiè)紹了(liǎo)智能電(diàn)網(wǎng)係(xì)統(tǒng)的設(shè)計和實現邏輯，使(shǐ)電動汽(qì)車(chē)，PEV與電(diàn)網之間能夠實(shí)現動態(tài)交(jiāo)互。這(zhè)種智能和動態(tài)的(dí)交互能(néng)夠(gòu)減輕電網負(fù)荷，從(cóng)而減(jiǎn)少成(chéng)本，避(bì)免負(fù)載(zǎi)過大造(zào)成的(dí)損(sǔn)害。文中以開發(fā)算法為主，提(tí)出了(liǎo)完整(zhěng)的係統設計，該係(xì)統(tǒng)充(chōng)電(diàn)速(sù)度(dù)快，效率(shuài)高，可(kě)以(yǐ)成(chéng)功(gōng)地用於減輕電網的(dí)負(fù)擔。

關(guān)鍵(jiàn)詞(cí)：電(diàn)動汽車(chē)；電網平(píng)衡和(hé)優化(huà)；智能(néng)充(chōng)電；智(zhì)能電網(wǎng)

0引言(yán)

電動汽車是符合(hé)當前(qián)時(shí)代(dài)發展需求的(dí)低(dī)碳化(huà)交通工具，我國電(diàn)動汽(qì)車和插(chā)電式(shì)電動(dòng)汽車(chē)數量不斷增加(jiā)，圖1為(wéi)我(wǒ)國PEV銷售的當(dāng)前(qián)趨勢(shì)，這(zhè)一趨(qū)勢預計(jì)將繼續增加。

截至2020年(nián)6月底(dǐ)，全(quán)國各(gè)類充電(diàn)樁保有(yǒu)量(liáng)達132.2萬個，其中公(gōng)共充電(diàn)樁為(wéi)55.8萬個，數量位居(jū)*位。隨著充電(diàn)樁數量的(dí)增多，當(dāng)地電網(wǎng)負荷增(zēng)加(jiā)會(huì)使社(shè)區(qū)居(jū)民的生(shēng)活(huó)方(fāng)式受到影(yǐng)響。充(chōng)電樁增(zēng)加還會(huì)增加功(gōng)率損耗(hào)和電壓(yā)變化(huà),並(bìng)縮(suō)短(duǎn)配電電(diàn)路和變壓(yā)器的壽命(mìng)。解決(jué)這(zhè)一問(wèn)題的(dí)有(yǒu)效(xiào)辦(bàn)法(fǎ)就是智能(néng)充電。

目(mù)前,國內外學者(zhě)對PEV做了大量(liáng)的研究。主基(jī)金項目：國家自(zì)然(rán)科學基金資助項目要通(tōng)過路由技(jì)術和(hé)新型動力(lì)係統管(guǎn)理技術來優(yōu)化PEV的(dí)能耗(hào)。但(dàn)對(duì)智(zhì)能充電(diàn)的(dí)研(yán)究不(bù)多(duō),僅(jǐn)有理論(lùn)上的(dí)一(yī)些研(yán)究。從經(jīng)濟學(xué)的角度研(yán)究了智能充(chōng)電的(dí)實施。提出(chū)了智能充電算(suàn)法，根(gēn)據估(gū)計的變壓器溫(wēn)度(dù)管理(lǐ)PEV充電。研究表明,與交流(liú)1級（110V)相(xiāng)比,交流2級(240V)充電(diàn)導致(zhì)的(dí)老(lǎo)化更為嚴(yán)重(zhòng)。

還有(yǒu)一些文獻對(duì)V2G技術進行了相關研究(jiū)。從理論角度研(yán)究了V2G,研(yán)究表明,實施V2G將使(shǐ)充電成(chéng)本(běn)降低,並(bìng)使(shǐ)PHEV用(yòng)戶的利(lì)潤(rùn)提高(gāo)。文獻[18]提(tí)出了一種(zhǒng)基(jī)於模(mó)糊(hū)的V2G係(xì)統(tǒng)計(jì)費(fèi)策(cè)略。然而,實施V2G係(xì)統需(xū)要(yào)很(hěn)多(duō)相應設備(bèi),比(bǐ)如安(ān)裝(zhuāng)智(zhì)能電表，與V2G兼容的(dí)電(diàn)動(dòng)汽車(chē)供(gōng)電設備(bèi)和(hé)車輛(liàng)側(cè)的DC-AC轉換(huàn)器等。

圖(tú)1中國純電動汽車(chē)產銷(xiāo)量及增(zēng)速(sù)

由(yóu)此可(kě)以看(kàn)出(chū)，傳統(tǒng)電網是(shì)一個剛(gāng)性係統,電源(yuán)的(dí)接人(rén)與(yǔ)退出，電(diàn)能量(liáng)的傳(chuán)輸等(děng)都缺(quē)乏(fá)彈(dàn)性，電動(dòng)汽(qì)車(chē)充(chōng)電(diàn)對傳統電(diàn)網的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)較大，難以實現(xiàn)規模(mó)化(huà)。因此，本(běn)文(wén)介紹了(liǎo)智(zhì)能電網框(kuàng)架(jià)下(xià)智(zhì)能充(chōng)電係(xì)統的設(shè)計(jì)與(yǔ)實現(xiàn)。使電動(dòng)汽車，PEV與(yǔ)電網之間(jiān)能(néng)夠(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互(hù)。從(cóng)而減少成(chéng)本，避免負載過大(dà)造成(chéng)的損害(hài)。本(běn)文以(yǐ)開發算法(fǎ)為(wéi)主(zhǔ)，提出了(liǎo)完(wán)整的(dí)係統(tǒng)設計(jì)，該(gāi)係統(tǒng)充(chōng)電速(sù)度(dù)快，效率高(gāo)，可以(yǐ)成功(gōng)地於減輕電網(wǎng)的負擔。

1智能充(chōng)電

實(shí)現(xiàn)電(diàn)網與(yǔ)PEV之間的(dí)智(zhì)能係(xì)統交互是(shì)解(jiě)決(jué)電力(lì)需求(qiú)突然飆(biāo)升(shēng)可(kě)行，便宜的解決(jué)方案。智能充電主(zhǔ)要(yào)體(tǐ)現(xiàn)在(zài)充電係(xì)統(tǒng)能(néng)夠根據未來(lái)電(diàn)網(wǎng)電價(jià)和(hé)可用(yòng)負載(zǎi)實時(shí)調整充電方(fāng)案(àn)，使用(yòng)戶花費少，對(duì)電(diàn)網(wǎng)的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)小(xiǎo)。本(běn)文介(jiè)紹的OC顯示了(liǎo)係統的總體結(jié)構(gòu)和(hé)工(gōng)藝設計(jì)。該過程如(rú)下：人(rén)們(mén)下(xià)午5時－6時(shí)左右(yòu)下(xià)班(bān)回家。這(zhè)一時間通常是(shì)電網需(xū)求(qiú)的高峰時(shí)段(duàn)。圖2示出了夏季一天(tiān)的典型家庭負荷。

圖2　夏(xià)季一天(tiān)的典(diǎn)型(xíng)家庭負荷

當人們(mén)下(xià)班(bān)回到家時，通常把(bǎ)PEV接人(rén)電(diàn)網(wǎng)。如(rú)果同(tóng)一(yī)個小(xiǎo)區(qū)內(nèi)有很多(duō)的用(yòng)戶(hù)在(zài)同一時(shí)間段(duàn)內將(jiāng)其(qí)PEV接入電(diàn)網(wǎng)，這(zhè)將給電(diàn)網帶(dài)來巨大(dà)的負(fù)荷(hé)。該負荷可能超(chāo)過(guò)本(běn)地(dì)變(biàn)壓器和(hé)/或電力(lì)公司所能處 理的負(fù)荷。這(zhè)些(xiē)額外的(dí)負(fù)載可能(néng)會導(dǎo)致停(tíng)電，因(yīn)為配電電路(lù)可(kě)能過載，或(huò)者(zhě)本地變壓器(qì)將(jiāng)過(guò)載(zǎi)並發生(shēng) 故障。智(zhì)能充電將通過允許PEV與實(shí)用程序(xù)通(tōng)信(xìn)來解決此問題(tí)。智(zhì)能充電主要包含以下兩(liǎng)個(gè)接(jiē)口(kǒu)：客戶與(yǔ)PEV的接口(kǒu)和PEV與電網的接(jiē)口。

1.1客(kè)戶(hù)與PEV的接口(kǒu)

客戶(hù)與PEV的接(jiē)口(kǒu)主要是(shì)在一(yī)天(tiān)中的任何(hé)時(shí)間將PEV接人(rén)電網。在(zài)沒有任何(hé)智能充(chōng)電實施(shī)的(dí)情況(kuàng)下(xià),PEV應(yīng)以車載充電(diàn)器(qì)模塊(kuài)可以(yǐ)處理(lǐ)的(dí)任(rèn)何額定(dìng)功率或車載(zǎi)控(kòng)製器的(dí)速(sù)率開始充電。實(shí)施智能充電後(hòu),PEV不會(huì)立即開(kāi)始充電。車輛插上(shàng)電(diàn)源(yuán)後(hòu)，客戶將(jiāng)選擇目標(biāo)充電狀(zhuàng)態以及未來(lái)24小(xiǎo)時(shí)內充電(diàn)事(shì)件(jiàn)的開始/結(jié)束時(shí)間。然後係統(tǒng)計(jì)算出快，便宜和優化的充電(diàn)方式(shì)以(yǐ)供客戶選(xuǎn)擇(zé)。

快(kuài)的充(chōng)電(diàn)方式是車輛將立(lì)即開(kāi)始充電，並在全(quán)功率(shuài)，而(ér)不考慮(lǜ)電力(lì)成本或(huò)公(gōng)用事業(yè)負荷(hé)。便宜(yí)的充電方(fāng)式(shì)會(huì)讓(ràng)客戶選(xuǎn)擇(zé)在(zài)盡(jìn)可(kě)能低的(dí)成(chéng)本時間(jiān)內收(shōu)費。這意(yì)味著充電可能不(bù)會(huì)立(lì)即啟(qǐ)動，而是可能(néng)在電(diàn)價較低(dī)的(dí)時(shí)候啟(qǐ)動(dòng)。優(yōu)化(huà)的(dí)充電方式(shì)是通(tōng)過(guò)與電(diàn)網(wǎng)通信來優化(huà)充(chōng)電(diàn)，以提(tí)供便宜的充電(diàn)時間，同(tóng)時(shí)受電(diàn)力公司(sī)提(tí)供的(dí)車(chē)輛(liàng)總允許(xǔ)功耗的限製(zhì)。這(zhè)一選項(xiàng)還意味著(zhuó)，考慮到電力(lì)成本(běn)和(hé)電力公司設(shè)定的電力上限(xiàn)，充電可能不會立即(jí)開(kāi)始，而是在(zài)不同的(dí)時間(jiān)開(kāi)始(shǐ)。

1.2PEV與電(diàn)網(wǎng)的接口

PEV與電網的接口(kǒu)允許電網發送的數據(jù)用於計算(suàn)信息，然(rán)後PEV才(cái)能將(jiāng)其傳(chuán)輸(shū)回網頁。電(diàn)力公司向(xiàng)車輛發送數(shù)據(jù)，隻要車輛接(jiē)通(tōng)電源(yuán)，這些(xiē)數據(jù)就會被(bèi)發送出(chū)去。此數據包(bāo)括(kuò)兩(liǎng)個數(shù)組(zǔ)。一(yī)個(gè)數組表(biǎo)示未來(lái)24小時的電價(jià)，另一個(gè)數組(zǔ)表示需(xū)求(qiú)響(xiǎng)應(yīng)負載控製,即(jí)車輛在(zài)未來(lái)24小時內允(yǔn)許消耗的負載(zǎi)百分比(bǐ)。本文所(suǒ)開發的(dí)係統(tǒng)，陣(zhèn)列的總長(cháng)度選為96個(gè)元素(sù)。數據涵蓋了接(jiē)下(xià)來24小時(shí)內所有(yǒu)15分(fēn)鐘的(dí)時間(jiān)間(jiān)隔。每小(xiǎo)時有四個(gè)15分鐘的(dí)間隔(gé)（4×24=96）。圖(tú)3和4顯(xiǎn)示了電(diàn)網可能發送的(dí)樣(yàng)本(běn)數(shù)據(jù)，分別表示(shì)價(jià)格和DRLC。

圖(tú)3車輛從(cóng)電網接收(shōu)的(dí)價格數據樣本

圖4車(chē)輛從電(diàn)網接收的DRLC數據樣本

2係統硬件設計(jì)

在(zài)第(dì)1節中(zhōng),我們(mén)描述了(liǎo)整(zhěng)個(gè)智能充(chōng)電(diàn)係(xì)統。本節將詳細描(miáo)述該係(xì)統的具體(tǐ)實(shí)現。圖5顯示(shì)了係(xì)統(tǒng)的組成。PEV框表(biǎo)示(shì)車輛和(hé)車載(zǎi)模塊(kuài)。OBCM是車載(zǎi)充(chōng)電(diàn)模式，它(tā)控製(zhì)充電(diàn)和電池內(nèi)部允(yǔn)許(xǔ)的電(diàn)量。混(hùn)合控製(zhì)處(chǔ)理(lǐ)器(qì)是PEV的(dí)主控製(zhì)器(qì)。數據(jù)記錄(lù)管理是車輛(liàng)和雲之間(jiān)的接(jiē)口模塊(kuài)。有(yǒu)兩(liǎng)個多(duō)協議路由(yóu)器。一(yī)個放在(zài)車上(shàng)，叫做(zuò)PEVMPR，另一(yī)個放(fàng)在EVSE上(shàng)，叫做(zuò)EVSEMPR。MPR的(dí)任務(wù)是在車輛(liàng)和(hé)電動(dòng)車輛(liàng)供電(diàn)設備之(zhī)間(jiān)提(tí)供(gōng)充(chōng)分的(dí)握手。應(yīng)用層網關(guān)是將ZigBee信號(hào)轉換為(wéi)Wi-Fi的(dí)模(mó)塊。智(zhì)能電表可以提(tí)供成(chéng)本(běn)和DRLC數據(jù)，由(yóu)電(diàn)力(lì)公司提(tí)供。電(diàn)力綫載(zǎi)波(bō)是車(chē)輛(liàng)和(hé)電動車輛供電設備(bèi)之(zhī)間(jiān)使(shǐ)用的(dí)通信協(xié)議。控製器局(jú)域網(wǎng)是大多數汽(qì)車模塊之(zhī)間使用(yòng)的通用(yòng)通信(xìn)協議(yì)。

圖(tú)5智(zhì)能充電(diàn)係(xì)統的(dí)組成

當(dāng)連(lián)接器(qì)連接(jiē)到(dào)PEV時(shí),OBCM識別(bié)並(bìng)將其(qí)與HCP模(mó)塊(kuài)通(tōng)信(xìn)。通常情況(kuàng)下,充(chōng)電應啟(qǐ)動，電源(yuán)將開始從(cóng)電網轉(zhuǎn)移到高壓電池。在智能(néng)充電的情(qíng)況(kuàng)下，智(zhì)能電表將(jiāng)通過(guò)ZigBee鏈路向ALG模塊(kuài)傳輸(shū)下(xià)一個24小(xiǎo)時(shí)數據(jù)的所(suǒ)有價(jià)格(gé)和(hé)DRLC信息,如圖3，圖4所示。ALG模(mó)塊(kuài)然後(hòu)通過(guò)家庭/辦(bàn)公室WiFi將此信息傳輸到(dào)EVSEMPR。然(rán)後(hòu),EVSEMPR使用PLC將(jiāng)相同的信息(xī)傳輸(shū)到車輛MPR。車輛(liàng)MPR(PEVMPR)接收(shōu)此信(xìn)息，然(rán)後(hòu)通過(guò)CAN將(jiāng)其(qí)傳(chuán)送給(gěi)車(chē)輛(liàng)。一旦(dàn)車輛(liàng)接(jiē)收(shōu)到此(cǐ)信(xìn)息(xī)，它就(jiù)斷定(dìng)連接(jiē)器(qì)已連(lián)接(jiē)到智能(néng)電網(wǎng)係統，並(bìng)啟動(dòng)相(xiāng)應的(dí)計算(suàn)，然後(hòu)通(tōng)過(guò)CAN將結(jié)果傳送到(dào)DRM模(mó)塊。然(rán)後(hòu)，DRM模(mó)塊通過互(hù)聯網(wǎng)將(jiāng)此信息發(fā)送到(dào)駕(jià)駛員/客(kè)戶可以(yǐ)訪(fǎng)問(wèn)並(bìng)與(yǔ)PEV通信(xìn)的網(wǎng)頁。DRM模塊裝(zhuāng)有(yǒu)一(yī)張允許(xǔ)進行此通(tōng)信的手(shǒu)機(jī)SIM卡(qiǎ)。DRM充當(dāng)客戶和PEV之間的(dí)信(xìn)使。客戶選擇目標PEV的(dí)SOC，開(kāi)始，結束日期(qī)和(hé)時(shí)間(jiān)，然後將此信(xìn)息(xī)發送到車輛。網頁(yè)服務(wù)器將(jiāng)此(cǐ)信息傳遞給DRM。然後,DRM將(jiāng)此信(xìn)息(xī)傳(chuán)送給車輛。車輛現在擁(yōng)有計(jì)算結果所需(xū)的所有信息(xī)。結(jié)果(guǒ)包括充(chōng)電(diàn)成本，開始和(hé)結(jié)束(shù)時(shí)間以(yǐ)及(jí)快，便宜(yí)和(hé)優化選(xuǎn)項的(dí)結束SOC。這些結果(guǒ)隨(suí)後通過DRM發送回(huí)客戶。然(rán)後客戶選(xuǎn)擇任一(yī)選項並(bìng)將(jiāng)結(jié)果(guǒ)發(fā)送到車輛。然(rán)後(hòu)，車輛(liàng)將遵(zūn)循(xún)命(mìng)令選項(xiàng)，該(gāi)選(xuǎn)項可能包括繼續為車(chē)輛(liàng)充(chōng)電(diàn)或(huò)停止(zhǐ)充(chōng)電(diàn)並(bìng)在(zài)客(kè)戶選擇的其他時間(jiān)充電。

3 電(diàn)動汽車智能(néng)充(chōng)電(diàn)係(xì)統(tǒng)架構

基於以上深度的分析，解決(jué)車(chē)聯(lián)網充電(diàn)服(fú)務問題的根本(běn)要從(cóng)兩(liǎng)個(gè)方(fāng)麵入(rù)手：一(yī)是(shì)加(jiā)強(qiáng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)能源(yuán)供應與充(chōng)電(diàn)需求(qiú)的匹(pǐ)配度；二是(shì)增加充電(diàn)樁自(zì)檢測能力(lì)，並能通(tōng)過程序自(zì)優(yōu)化方法對充電(diàn)樁進(jìn)行升(shēng)級(jí)。本(běn)文針對兩個(gè)主(zhǔ)要需求采(cǎi)用(yòng)邊緣雲(yún)模塊的方式，不同的雲功(gōng)能設計(jì)不同的模塊(kuài)，還能(néng)借(jiè)助(zhù)雲(yún)特性實(shí)現雲(yún)模(mó)塊間的(dí)數(shù)據耦合與(yǔ)擴展。通(tōng)過功能雲(yún)數據與(yǔ)能源管(guǎn)理(lǐ)係(xì)統內其他(tā)設備相互聯係，可支(zhī)撐整個充電(diàn)過程(chéng)服(fú)務的(dí)實(shí)現(xiàn)。整體架構如(rú)圖(tú)6所示。

圖(tú)6 基於(yú)雲(yún)平(píng)台數據(jù)管(guǎn)理(lǐ)架(jià)構(gòu)

車聯網對於封閉式的電網(wǎng)而(ér)言，屬於(yú)信(xìn)息(xī)外(wài)網(wǎng)，因此架構從(cóng)縱向(xiàng)來(lái)看劃分為信息內網與信息(xī)外(wài)網(wǎng)兩(liǎng)部分。信(xìn)息(xī)內網(wǎng)側重於(yú)能源側(cè)，包括配(pèi)電(diàn)網(wǎng)發(fā)電-充(chōng)電樁(zhuāng)供電-供(gōng)電(diàn)交(jiāo)易計(jì)量，其(qí)過程(chéng)具體(tǐ)可描(miáo)述(shù)為(wéi)智(zhì)能配(pèi)電網將(jiāng)傳統(tǒng)電(diàn)網或分(fēn)布(bù)式新(xīn)能源等不同形式能源通(tōng)過(guò)10kV電(diàn)纜通道傳(chuán)輸(shū)到(dào)能(néng)源(yuán)路(lù)由器，由(yóu)能源路由(yóu)器(qì)根(gēn)據用(yòng)戶需(xū)求將(jiāng)能源分(fēn)配給的汽(qì)車充電，並(bìng)將充電結(jié)果(guǒ)反饋(kuì)到交易中(zhōng)心(xīn)進行記錄(lù)，完成(chéng)收(shōu)費過(guò)程。信息外(wài)網(wǎng)側重於(yú)充電(diàn)服務(wù)，主要(yào)由用(yòng)戶電動汽車(chē)，用戶(hù)信息交互(hù)APP及(jí)車聯(lián)網組成(chéng)，其過程(chéng)具體(tǐ)可描述為(wéi)當(dāng)車(chē)輛需要充電時，利(lì)用APP軟件將需求發(fā)送到(dào)車(chē)聯(lián)網(wǎng)，車聯網根(gēn)據係(xì)統(tǒng)內充(chōng)電樁(zhuāng)圈(quān)的(dí)空閒(xián)情(qíng)況(kuàng)及設備狀態情(qíng)況，合理(lǐ)推(tuī)送充(chōng)電(diàn)方案，完成(chéng)充(chōng)電(diàn)過(guò)程(chéng)。

基於邊緣(yuán)雲(yún)平(píng)台的車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務架構(gòu)與傳統(tǒng)架(jià)構的不同之處(chǔ)在(zài)於，部分(fēn)原由(yóu)能源(yuán)交易管理係統執行的功能下(xià)放(fàng)到車(chē)聯(lián)網(wǎng)內(nèi)。BMS（Battery ManagementSystem）是(shì)動(dòng)力電池(chí)管(guǎn)理係(xì)統的約(yuē)束(shù)，掌握電池的(dí)狀態(tài)，保證(zhèng)充(chōng)放電(diàn)過(guò)程的安全，功(gōng)能模(mó)塊(kuài)集(jí)成在(zài)車(chē)聯網平台中；能(néng)源(yuán)管理(lǐ)係(xì)統對每個充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)運(yùn)行狀態數(shù)據(jù)通(tōng)過數據邏輯形式(shì)發送(sòng)到(dào)車聯(lián)網(wǎng)雲端，進行鏡像存儲(chǔ)，車(chē)聯網(wǎng)中的(dí)控製(zhì)雲能更(gēng)充(chōng)分結(jié)合用戶用能(néng)行(háng)為習(xí)慣，將用戶群體需求圈(quān)中(zhōng)的所有充電樁供能

狀(zhuàng)態集中建(jiàn)模，綜合(hé)參(cān)考(kǎo)用戶等待(dài)時間，充(chōng)電(diàn)樁群(qún)綜合供能(néng)效(xiào)率，車(chē)輛服務移動綜合(hé)距離等評價參(cān)量，保證(zhèng)分配(pèi)方(fāng)案(àn)的(dí)合理(lǐ)化。將控(kòng)製權(quán)下(xià)放(fàng)到車聯(lián)網係(xì)統中，1.它(tā)屬於(yú)分布式管理方式，采(cǎi)用(yòng)邊緣(yuán)雲(yún)處(chǔ)理的方(fāng)法，能夠更(gēng)快(kuài)地出具分(fēn)配(pèi)方案(àn)，相比能源管理係(xì)統集中式處(chǔ)理方式(shì)，效率和(hé)準(zhǔn)確率均會有(yǒu)所(suǒ)提升(shēng)，也(yě)能(néng)降低(dī)集中數(shù)據(jù)管(guǎn)理的負擔；2.它與用(yòng)戶(hù)直接接觸，可(kě)以較靈活(huó)地(dì)根(gēn)據用(yòng)戶(hù)充(chōng)電習(xí)慣(guàn)的改變而(ér)優化能源(yuán)分配(pèi)模型，實時更(gēng)新(xīn)雲數(shù)據(jù)庫(kù)空間內(nèi)容(róng)，以(yǐ)更多(duō)數據服(fú)務形(xíng)式滿(mǎn)足用戶服(fú)務的要(yào)求。

其次基於邊緣雲平台(tái)增加的(dí)檢(jiǎn)測雲(yún)模塊(kuài)，通過(guò)在係(xì)統主站(zhàn)部署一(yī)套智(zhì)能化檢(jiǎn)測(cè)裝(zhuāng)置(zhì)，提(tí)前(qián)將常(cháng)規性充電樁運行(háng)狀態檢(jiǎn)測方案(àn)轉(zhuǎn)換(huàn)成(chéng)軟件(jiàn)編碼形(xíng)式(shì)，周期性(xìng)地(dì)下發自(zì)檢模式控製指令，充(chōng)電(diàn)樁會自動啟動(dòng)自檢功能，完(wán)成綫(xiàn)纜連(lián)接，電流額定(dìng)功率，通(tōng)信(xìn)故障等係(xì)列檢(jiǎn)測(cè)程(chéng)序，終形成(chéng)自(zì)檢報(bào)告，對(duì)於(yú)有(yǒu)問題節點(diǎn)會將警示消(xiāo)息傳(chuán)輸(shū)到車(chē)聯網，車(chē)聯網(wǎng)會根(gēn)據充(chōng)電樁狀態實(shí)時(shí)調整分配方(fāng)案，並下(xià)發檢修信息(xī)到(dào)能源管(guǎn)理(lǐ)平台，報(bào)送(sòng)電網進行檢修(xiū)。檢(jiǎn)測雲(yún)從(cóng)設備自身(shēn)狀態出發提升(shēng)了設備(bèi)使用壽(shòu)命(mìng)，也(yě)變相緩解了充電樁使用的(dí)壓(yā)力(lì)。

4 基(jī)於邊(biān)緣計算的有序(xù)充電算(suàn)法實現(xiàn)

車聯網有(yǒu)序充(chōng)電服務(wù)過(guò)程(chéng)以用戶(hù)側(cè)需求為(wéi)主，按照先預(yù)測(cè)用戶充電需(xū)求趨勢(shì)來提(tí)前(qián)部署(shǔ)充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)分(fēn)配方案。如(rú)果(guǒ)采用(yòng)傳(chuán)統(tǒng)的(dí)需求與充電(diàn)樁(zhuāng)實時(shí)匹(pǐ)配方案(àn)，經(jīng)常(cháng)出現(xiàn)充電樁無(wú)空閒(xián)的(dí)狀態，因(yīn)此(cǐ)要(yào)對(duì)需求提(tí)前預測，才能盡(jìn)量保障(zhàng)能(néng)源(yuán)的(dí)供應。有(yǒu)序充電(diàn)流程(chéng)如(rú)圖(tú)7所示。

圖7 有序充電流(liú)程(chéng)

電(diàn)動(dòng)汽(qì)車用戶接(jiē)收(shōu)到(dào)的信息(xī)可(kě)能(néng)包(bāo)括電價信(xìn)息，獎勵(lì)和(hé)懲(chéng)罰信息(xī)，充放電(diàn)功率(shuài)限(xiàn)製，充(chōng)放(fàng)電時間限(xiàn)製等。這(zhè)些信息(xī)可能來(lái)自於(yú)不同的主(zhǔ)體，電(diàn)動汽車用戶(hù)根據(jù)這(zhè)些信息(xī)結合(hé)自身的行(háng)駛(shǐ)需求，對(duì)各種(zhǒng)信息做(zuò)出(chū)選擇和(hé)響(xiǎng)應(yīng)決(jué)策。同一充(chōng)電(diàn)設施(shī)可能被多個(gè)用(yòng)戶使(shǐ)用，電動汽(qì)車(chē)用(yòng)戶(hù)並不是直(zhí)接的(dí)電力用(yòng)戶。在(zài)這些公(gōng)共停(tíng)車(chē)位上(shàng)，包(bāo)含(hán)了長時(shí)間充(chōng)電或快速充電(diàn)的需求(qiú)，可具備(bèi)功率(shuài)較大的(dí)交(jiāo)流充電或(huò)者直(zhí)流充(chōng)電(diàn)設(shè)施。這些充(chōng)電設施(shī)應(yīng)具備(bèi)用(yòng)戶(hù)識別和(hé)充電(diàn)費用結(jié)算功能(néng)。多輛電(diàn)動汽車充(chōng)放電(diàn)協調控(kòng)製的目(mù)標包(bāo)括：1.執(zhí)行上(shàng)級控製命(mìng)令；2.滿(mǎn)足各電動(dòng)汽車用戶(hù)的(dí)充電(diàn)需求。在控(kòng)製過(guò)程(chéng)中，電(diàn)動(dòng)汽車(chē)接(jiē)入，退出(chū)，各控製對象的(dí)狀態在(zài)不(bù)斷(duàn)地(dì)變(biàn)化。協(xié)調(tiáo)控製策略應(yīng)實時，動(dòng)態地進行調整，可(kě)見(jiàn)控(kòng)製策略是有序充電規(guī)則製定(dìng)的(dí)核心。本文采用基(jī)於(yú)密(mì)度聚類(lèi)的方(fāng)式對用戶充(chōng)電(diàn)行為數(shù)據(jù)進行分析(xī)，具體(tǐ)測算(suàn)過程(chéng)如(rú)下：

（1）構(gòu)建(jiàn)一個三(sān)維(wéi)的(dí)信息(xī)采集(jí)坐標，橫坐標為(wéi)用戶需要充(chōng)電時間(jiān)，縱(zòng)坐標(biāo)為充電電(diàn)量(liáng)，空間坐標為發出(chū)充(chōng)電(diàn)需求時(shí)車(chē)輛(liàng)所在位(wèi)置(zhì)。

（2）對(duì)數(shù)據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，選(xuǎn)擇(zé)不(bù)同(tóng)時(shí)間段(duàn)的(dí)充電(diàn)行為進(jìn)行(háng)采(cǎi)集(jí)，在(zài)三(sān)維坐標軸上記錄下(xià)多(duō)方(fāng)麵信息，在(zài)坐標軸上標識(shí)出(chū)的一個(gè)點(diǎn)表(biǎo)示一個車(chē)輛在某(mǒu)個空(kōng)間位置(zhì)需要充(chōng)電的電(diàn)量(liáng)信息，終(zhōng)在(zài)坐標軸上形(xíng)成多個標(biāo)識位置不同的節點。

（3）將(jiāng)n個(gè)訓練節點均(jūn)標(biāo)識在坐(zuò)標軸(zhóu)上，從圖麵上初步(bù)確定了核心節(jié)點k，以這k個核心節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，設(shè)定距離門(mén)限值(zhí)δ，分(fēn)別計算(suàn)k個(gè)核心節點周圍(wéi)節(jié)點的距(jù)離，計(jì)算條(tiáo)件如下：

通過計(jì)算，可以形(xíng)成k個不同範圍(wéi)密度圈(quān)。

計算遺(yí)漏節(jié)點(diǎn)t，將(jiāng)每(měi)個遺漏點再(zài)分別(bié)與k個密度(dù)圈的節點計算距離，選擇(zé)小(xiǎo)的(dí)距離(lí)值(zhí)，然(rán)後納(nà)入(rù)到此密(mì)度圈(quān)中；依次(cì)計算，直(zhí)到(dào)遺漏節點劃(huá)分完畢，記(jì)錄(lù)t個節點距離(lí)值L，並(bìng)備(bèi)注(zhù)為特殊(shū)節(jié)點(diǎn)。具(jù)體映(yìng)射模型(xíng)如圖(tú)8所示(shì)。

圖(tú)8基於(yú)密(mì)度(dù)計(jì)算(suàn)的(dí)需(xū)求-能源映(yìng)射(shè)模型

至此，完(wán)成(chéng)用戶充(chōng)電(diàn)行為的坐標描(miáo)述，用(yòng)能(néng)行為(wéi)直觀地(dì)表(biǎo)示(shì)成(chéng)不(bù)同的能量密(mì)度圈，機器(qì)可以容易計算出每個(gè)密度圈(quān)中(zhōng)表示的(dí)充電(diàn)總(zǒng)量，車(chē)輛(liàng)數(shù)量，聚集時間段(duàn)和充電區域(yù)，從(cóng)而(ér)可以(yǐ)大致描(miáo)繪出(chū)詳細(xì)的充電行為(wéi)曲綫圖。依照(zhào)此行為(wéi)曲(qū)綫(xiàn)圖中(zhōng)位置(zhì)及電量(liáng)參量，將充(chōng)電樁群進行(háng)密度(dù)劃分(fēn)，同(tóng)樣(yàng)形(xíng)成(chéng)不(bù)同的(dí)密度(dù)集，將(jiāng)兩個(gè)密度集進(jìn)行(háng)比(bǐ)對，構建(jiàn)兩(liǎng)個(gè)參量的密度(dù)圈一(yī)對一(yī)，一對多(duō)的映(yìng)射關係(xì)。

（1）充電(diàn)樁聚集(jí)密度太零散(sàn)，用戶(hù)需求(qiú)側(cè)一個密度圈會對應(yīng)多(duō)個(gè)能量側密度圈。

（2）用(yòng)戶用(yòng)能(néng)量(liáng)過大，同樣(yàng)需要(yào)多個能量側密(mì)度(dù)圈(quān)來映(yìng)射。

（3）一對(duì)一的情況(kuàng)是(shì)指(zhǐ)用(yòng)戶側(cè)需求剛好在同區域的(dí)能量(liáng)圈範圍內[8]。

無論哪種映射(shè)關係(xì)，具體到圈(quān)內每(měi)個節點的映(yìng)射關(guān)係(xì)均是在(zài)能量維(wéi)度(dù)滿足的(dí)條件(jiàn)下，距離短原理來(lái)計算。按照(zhào)需(xū)求(qiú)側和能(néng)源側負(fù)荷(hé)曲(qū)綫(xiàn)匹(pǐ)配(pèi)結(jié)果(guǒ)形成(chéng)充(chōng)電序列，車(chē)聯(lián)網(wǎng)以設(shè)定(dìng)順序(xù)下(xià)發(fā)充(chōng)電樁分(fēn)配(pèi)指(zhǐ)令(líng)，電(diàn)動(dòng)汽(qì)車依照(zhào)指令(líng)完成充(chōng)電(diàn)路徑。通(tōng)過(guò)本(běn)文設(shè)計(jì)的(dí)有序充(chōng)電服務計(jì)算模型，實(shí)現了(liǎo)充電樁(zhuāng)運行狀態(tài)與用(yòng)戶需求的(dí)共同聯(lián)網(wǎng)分析，分(fēn)析(xī)模(mó)型在控製雲中(zhōng)集成(chéng)實現，適應用(yòng)戶需求(qiú)改變(biàn)和充(chōng)電(diàn)樁狀(zhuàng)態不穩(wěn)定的(dí)現(xiàn)象(xiàng)，可以實(shí)時(shí)更(gēng)新模型條件(jiàn)及(jí)映(yìng)射關(guān)係，保持(chí)車聯網(wǎng)服務模(mó)型的(dí)適應(yīng)性。

5安(ān)科瑞充電(diàn)樁(zhuāng)收費運(yùn)營雲(yún)平台係統選(xuǎn)型(xíng)方案

5.1概(gài)述(shù)

AcrelCloud-9000安科瑞(ruì)充電柱(zhù)收(shōu)費運(yùn)營(yíng)雲平台(tái)係統通(tōng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接(jiē)入(rù)係(xì)統的電動電(diàn)動(dòng)自(zì)行(háng)車充電站(zhàn)以及(jí)各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集(jí)和監(jiān)控，實時(shí)監(jiān)控(kòng)充電(diàn)樁運行(háng)狀(zhuàng)態，進行充電(diàn)服務，支(zhī)付(fù)管(guǎn)理，交易(yì)結算(suàn)，資要管(guǎn)理，電能(néng)管(guǎn)理，明(míng)細(xì)查(chá)詢等。同時(shí)對(duì)充電機過溫保(bǎo)護，漏(lòu)電，充(chōng)電機輸入(rù)/輸出(chū)過壓(yā)，欠壓(yā)，絕緣低各(gè)類故障(zhàng)進行(háng)預警(jǐng)；充(chōng)電樁(zhuāng)支持(chí)以太網(wǎng)，4G或WIFI等方式(shì)接入(rù)互(hù)聯網(wǎng)，用戶通(tōng)過微信，支付寶，雲(yún)閃(shǎn)付(fù)掃(sǎo)碼(mǎ)充(chōng)電。

5.2應(yīng)用場(cháng)所

適(shì)用於(yú)民(mín)用建築(zhù)，一(yī)般(bān)工業建築，居(jū)住小區，實業單位(wèi)，商(shāng)業綜(zōng)合(hé)體，學校(xiào)，園區(qū)等(děng)充電(diàn)樁模(mó)式(shì)的(dí)充(chōng)電(diàn)基(jī)礎設(shè)施設(shè)計(jì)。

5.3係(xì)統結(jié)構

係統(tǒng)分為四層(céng)：

1）即(jí)數(shù)據(jù)采(cǎi)集層(céng)，網絡傳輸層(céng)，數(shù)據層(céng)和客(kè)戶端層(céng)。

2）數據采集(jí)層(céng)：包(bāo)括(kuò)電(diàn)瓶(píng)車智能充電(diàn)樁(zhuāng)通(tōng)訊協(xié)議(yì)為標準modbus-rtu。電瓶車智能充(chōng)電樁用於采(cǎi)集(jí)充(chōng)電回(huí)路(lù)的(dí)電(diàn)力(lì)參數(shù)，並進行電能計(jì)量(liáng)和(hé)保護(hù)。

3）網絡傳輸(shū)層：通過4G網絡將(jiāng)數(shù)據(jù)上傳至搭建(jiàn)好的數(shù)據庫(kù)服務器(qì)。

4）數據層：包(bāo)含應用(yòng)服務器和(hé)數據服(fú)務器，應用(yòng)服務(wù)器(qì)部署數據(jù)采(cǎi)集(jí)服(fú)務，WEB網站，數(shù)據服務器部署(shǔ)實(shí)時數據庫(kù)，歷史數據庫(kù)，基(jī)礎數據庫。

5）應客(kè)戶端層：係統管理員可(kě)在瀏(liú)覽器中訪問(wèn)電瓶(píng)車充(chōng)電樁收(shōu)費平(píng)台。終(zhōng)端充電用(yòng)戶(hù)通過刷(shuā)卡掃碼(mǎ)的方式(shì)啟(qǐ)動充電。

小(xiǎo)區充(chōng)電(diàn)平台功能主(zhǔ)要涵蓋充電(diàn)設施(shī)智(zhì)能化大(dà)屏，實時監控，交易管理，故(gù)障(zhàng)管(guǎn)理(lǐ)，統計(jì)分(fēn)析，基礎數(shù)據管(guǎn)理等功能(néng)，同時為(wéi)運(yùn)維人員提(tí)供(gōng)運(yùn)維APP，充(chōng)電(diàn)用(yòng)戶(hù)提(tí)供充電(diàn)小程(chéng)序。

5.4安(ān)科瑞(ruì)充(chōng)電樁雲平(píng)台係(xì)統功(gōng)能

5.4.1智能化大屏

智(zhì)能(néng)化(huà)大屏(píng)展示站(zhàn)點分布情(qíng)況，對(duì)設備狀態，設(shè)備使用率，充(chōng)電次數，充(chōng)電(diàn)時(shí)長，充電(diàn)金(jīn)額，充電度(dù)數(shù)，充(chōng)電樁故(gù)障(zhàng)等(děng)進行(háng)統計(jì)顯示(shì)，同時可(kě)查(chá)看(kàn)每個站(zhàn)點(diǎn)的站點信息，充電樁列表，充(chōng)電(diàn)記(jì)錄(lù)，收(shōu)益，能耗(hào)，故障記錄(lù)等。統(tǒng)一管(guǎn)理(lǐ)小區(qū)充電(diàn)樁(zhuāng)，查(chá)看設(shè)備使(shǐ)用(yòng)率，合(hé)理分配(pèi)資(zī)源(yuán)。

5.4.2實(shí)時監控(kòng)

實時監視充電設(shè)施(shī)運行狀(zhuàng)況，主要包(bāo)括充電(diàn)樁運行(háng)狀態(tài)，回(huí)路(lù)狀(zhuàng)態，充電(diàn)過程中(zhōng)的充電電量，充電(diàn)電(diàn)壓電(diàn)流，充電樁(zhuāng)告警(jǐng)信(xìn)息(xī)等。

5.4.3交易管理

平(píng)台(tái)管理人員可(kě)管(guǎn)理充電用戶(hù)賬戶，對其(qí)進行賬(zhàng)戶進行(háng)充值，退款，凍(dòng)結，注(zhù)銷等(děng)操作，可(kě)查看(kàn)小區用戶每(měi)日的(dí)充(chōng)電交(jiāo)易詳細信(xìn)息。

5.4.4故障管理(lǐ)

設備(bèi)自動上(shàng)報(bào)故障(zhàng)信息(xī)，平(píng)台(tái)管(guǎn)理(lǐ)人(rén)員(yuán)可(kě)通過平(píng)台查(chá)看故障(zhàng)信息並進行派發(fā)處(chǔ)理，同(tóng)時運(yùn)維人員(yuán)可通(tōng)過(guò)運維APP收取(qǔ)故障推(tuī)送(sòng)，運維人員在運(yùn)維工作(zuò)完(wán)成後將結果上報。充(chōng)電(diàn)用戶也可通(tōng)過(guò)充電(diàn)小(xiǎo)程(chéng)序(xù)反饋現場問題(tí)。

5.4.5統(tǒng)計分(fēn)析(xī)

通過係統平(píng)台，從充電站(zhàn)點(diǎn)，充電(diàn)設施，，充電時間，充電方(fāng)式等(děng)不同(tóng)角度(dù)，查(chá)詢充電交(jiāo)易統計(jì)信息，能耗(hào)統計信息等。

5.4.6基(jī)礎數據管(guǎn)理

在係(xì)統平(píng)台建立(lì)運(yùn)營商戶(hù)，運營(yíng)商可(kě)建立(lì)和(hé)管理其運營所需站點和(hé)充電(diàn)設(shè)施，維護充電(diàn)設(shè)施(shī)信(xìn)息(xī)，價格(gé)策略，折扣，優(yōu)惠活動(dòng)，同(tóng)時可(kě)管理在(zài)綫卡(qiǎ)用戶(hù)充值(zhí)，凍結和解綁。

5.4.7運維APP

麵向運維(wéi)人員(yuán)使用(yòng)，可(kě)以(yǐ)對(duì)站點和(hé)充(chōng)電樁(zhuāng)進行(háng)管理(lǐ)，能夠進(jìn)行(háng)故(gù)障閉環(huán)處理，查詢流量(liáng)卡使用情況，查(chá)詢(xún)充電(diàn)\充(chōng)值情況，進行遠程參(cān)數設置，同時可接收(shōu)故障推送

5.4.8充電(diàn)小程序

麵向充電用(yòng)戶使用(yòng)，可查看(kàn)附(fù)近空(kōng)閒設(shè)備，主要包含掃(sǎo)碼充(chōng)電，賬戶(hù)充值(zhí)，充電(diàn)卡(qiǎ)綁定，交易查詢，故(gù)障(zhàng)申訴等功能。

5.5係(xì)統硬(yìng)件配置(zhì)

6結(jié)束(shù)語(yǔ)

提出(chū)了(liǎo)一(yī)個描述(shù)如何實現(xiàn)智(zhì)能充(chōng)電(diàn)的設(shè)計思(sī)路和(hé)方(fāng)法。該(gāi)充電(diàn)係(xì)統(tǒng)能夠根據未來電網(wǎng)電(diàn)價和(hé)可(kě)用負載實(shí)時(shí)調(tiáo)整充(chōng)電方(fāng)案，使用(yòng)戶花(huā)費(fèi)少(shǎo)，對(duì)電網(wǎng)的(dí)影響小(xiǎo)。本(běn)文介(jiè)紹了用於計算成(chéng)本，充電時(shí)間和(hé)終SOC的算法(fǎ),以(yǐ)獲得(dé)便宜，快(kuài)和(hé)優化的方案。該使(shǐ)電(diàn)動(dòng)汽(qì)車，PEV與電網之(zhī)間(jiān)能夠實現動(dòng)態(tài)交互。與現(xiàn)有充(chōng)電(diàn)技(jì)術相比，提出的(dí)充電技(jì)術(shù)在不需(xū)過多的(dí)智(zhì)能設(shè)備(bèi)支撐下(xià)，能夠減少(shǎo)成(chéng)本，避免負載(zǎi)過大造成的損害，可(kě)以(yǐ)成功地用(yòng)於(yú)減輕電(diàn)網的負擔。賦予新功(gōng)能的車聯網平台不僅實現(xiàn)了車輛(liàng)充電(diàn)數據(jù)的(dí)實時采集，存儲及可視化控(kòng)製功(gōng)能，還實(shí)現了充(chōng)電樁(zhuāng)站設備的自(zì)動檢測能(néng)力，節(jié)約(yuē)了(liǎo)大量(liáng)人(rén)力的常(cháng)規(guī)檢查。

參考(kǎo)文獻(xiàn)

1. 張林,賴向(xiàng)平(píng)，彭皓月,李智,劉超(chāo)群(qún).基(jī)於(yú)強化(huà)學(xué)習的(dí)含電動汽車(chē)虛擬電(diàn)廠(chǎng)優化調(tiáo)度

2. 李景(jǐng)麗(lì)，楊(yáng)旭(xù)晨，張(zhāng)琳(lín)娟,等．規(guī)模化電(diàn)動汽車有序充電分層控製策略研(yán)究

[3] 安(ān)科瑞(ruì)企業微電網設(shè)計(jì)與(yǔ)應用手(shǒu)冊(cè).2022.05版