电动汽车有序充电与车网互动技术：现状、挑战与应对策略

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：本文置于全球能源危机的大背景下，针对电动汽车逐渐普及的现状，深入探究其有序充电与车网互动技术。由于大规模电动汽车无序充电给电力系统造成用电压力，尤其使峰谷差扩大等问题加剧，凸显有序充电规划的紧迫性。结合我国 2021 年 7 月的电动汽车保有量及充电设施建设情形，详细剖析有序充电控制、充电设施优化规划、与可再生能源发电融合、大规模有序充电调度与控制等核心技术问题，并提出相应的解决思路与策略，以促进电动汽车与电网的良性互动，助力双碳目标的实现。

关键词：双碳目标；电动汽车；有序充电；车网互动；全球能源危机

一、引言

全球能源危机致使传统能源供应充满不确定性与挑战，而电动汽车作为电能驱动的绿色交通方式日益流行。其在缓解能源压力、降低碳排放方面意义重大，然而随着保有量快速增长，无序充电现象突出，给电力系统带来新的用电压力，如峰谷差扩大等，影响电网稳定运行与高效利用。因此，科学规划电动汽车有序充电，协调其与电力系统的关系，成为当下关键任务，对保障能源合理利用与双碳目标实现极为关键。

二、电动汽车在双碳目标及能源危机背景下的发展现状与意义

（一）电动汽车的发展现状

全球电动汽车市场蓬勃发展，我国处于领先地位。截至 2021 年 7 月，我国电动汽车保有量达 630 万辆，充电基础设施建设成果显著，已建充电站 6.6 万座、换电站 716 座、公共充电桩 92.3 万台，构建起一定范围的充电网络，为电动汽车使用提供保障。全球多国和地区也在加大对电动汽车产业的支持力度，推动其在人们生活中的普及。

（二）电动汽车对实现双碳目标及应对能源危机的意义

在能源危机下，传统燃油能源供应紧张且碳排放危害环境。电动汽车以电能驱动，若电能更多源于清洁能源，可减少对化石能源的依赖，缓解能源危机。交通领域是碳排放重要源头，电动汽车的推广能大幅削减交通碳排放，对实现 “碳达峰、碳中和” 目标不可或缺，是应对能源与环境挑战的有效举措。

三、电动汽车充电负荷对电网运行的影响

3.1 无序充电带来的挑战

3.1.1 增加电网调峰难度

电动汽车用户充电行为随机，无序充电时，大量车辆集中于电网负荷高峰时段充电，加重高峰负荷，低谷时段充电需求少，致使电网负荷峰谷差扩大。以我国数百万辆电动汽车保有量规模来看，无序充电将使峰谷差影响更显著，增加电网调峰负担、运行成本及对调峰电源的依赖，威胁电网安全稳定运行。

3.1.2 影响电网电能质量

无序充电下，电动汽车充电设备接入电网的随机性易引发局部电网电压波动、谐波污染等电能质量问题。尤其在老旧小区等电网薄弱区域，大量电动汽车同时充电可能导致电压越限故障，影响周边用户用电体验，表明有序充电规划的必要性。

3.2 作为柔性负荷的积极作用

3.2.1 平滑负荷曲线

电动汽车通过合理安排充电时间，在电网负荷低谷时段充电，高峰时段停止充电甚至向电网反馈电能（具备双向充电功能的车辆），起到 “削峰填谷” 作用，使电网负荷曲线更平缓，优化电网运行状态，提高电网设备利用率。即使面对我国庞大的电动汽车群体，有序充电在平滑负荷曲线方面作用显著，助力电网应对用电压力。

3.2.2 降低电网运行成本

借助有序充电和车网互动，电网可减少对调峰机组等备用电源的依赖，降低发电成本及电网建设和运维成本。同时，更好地整合利用现有电力资源，避免浪费，提升经济效益，有助于缓解能源危机下的资源紧张状况。

3.2.3 助力可再生能源消纳

新型电力系统中可再生能源占比上升，但具有间歇性、波动性。电动汽车作为可灵活调节的柔性负荷，能依据可再生能源发电情况调整充电策略，如在风电、光伏发电充足时增加充电量，有效消纳不稳定的可再生能源，提高电力系统清洁能源利用率，契合双碳目标与能源可持续发展要求。

四、电动汽车有序充电与车网互动关键技术问题

4.1 有序充电控制技术

有序充电控制依据电网运行状态、用户充电需求及相关约束条件，对电动汽车充电过程进行引导与调控。常用方法包括基于价格信号的控制（如峰谷电价引导用户低谷时段充电）和基于电网调度指令的控制（由电网运营管理部门根据实时电网负荷向电动汽车发送充电功率、时间等指令）。但我国庞大的电动汽车用户群体使这些方法在实际应用中面临用户响应不确定、控制信息传递及时性等问题，需进一步优化，以保障有序充电控制对众多电动汽车的有效性，维护电网稳定。

4.2 充电设施优化规划

合理的充电设施布局对实现电动汽车有序充电至关重要。需综合考虑城市规划、交通流量、电网承载能力等因素，确定充电桩数量、类型（快充、慢充）及安装位置。以我国现有电动汽车保有量和充电设施建设情况为例，大型商业区、交通枢纽等人流量大且停车时间长的区域应适当增加快充桩比例；居民区则需结合居民用电负荷特点，合理规划慢充桩数量与分布，避免冲击小区电网，满足不同区域用户充电需求，提升充电网络的合理性与有效性。

4.3 与可再生能源发电融合技术

实现电动汽车与可再生能源发电深度融合的关键在于构建有效的信息交互与协同控制机制。一方面，要实时获取可再生能源发电功率、电量等信息；另一方面，需精准掌握电动汽车充电需求与可调节能力。通过打造智能能源管理系统，依据可再生能源发电情况动态调整电动汽车充电策略，确保可再生能源被电动汽车充分消纳，同时满足电动汽车充电需求。在我国大力发展可再生能源且电动汽车日益普及的背景下，此融合技术的研究与应用愈发紧迫。

4.4 大规模有序充电调度与控制技术

随着我国电动汽车保有量持续攀升，大规模电动汽车充电调度与控制成为复杂的系统工程。需借助大数据、云计算、物联网等先进信息技术，采集、分析和处理海量电动汽车充电信息。同时，建立高效的调度模型与算法，综合考虑电网安全、用户满意度、可再生能源消纳等多目标优化问题，实现对大规模电动汽车充电行为的精准调度与有效控制，以应对数百万辆电动汽车充电带来的复杂调度需求，保障电力系统平稳运行。

五、安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

5.1 概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台系统借助物联网技术，对接入的电动自行车充电站及各个充电桩进行持续数据采集与监控，实时监控充电桩运行状态，开展充电服务、支付管理、交易结算、资产管理、电能管理、明细查询等工作。同时，对充电机过温保护、漏电、充电机输入 / 输出过压、欠压、绝缘低等各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G 或 WIFI 等方式接入互联网，用户可通过微信、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、事业单位、商业综合体、学校、园区等采用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：数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。数据采集层包含电瓶车智能充电桩，其通讯协议为标准 modbus - rtu，用于采集充电回路电力参数，进行电能计量与保护；网络传输层通过 4G 网络将数据上传至数据库服务器；数据层包括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；客户端层允许系统管理员在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台，终端充电用户可通过刷卡扫码启动充电。小区充电平台功能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，同时为运维人员提供运维 APP，为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

展示站点分布，统计显示设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等信息，还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，便于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

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000

	安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D

	额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D

	额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S

	额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S

	额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
绝缘监测仪	AIM-D100-ES

	AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
绝缘监测仪	AIM-D100-T

	AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
扩展模块ANet-485	M485模块：4路光耦隔离RS485
扩展模块ANet-M4G	M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D

	导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。
开口式电流互感器	AKH-0.66/K

	AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。
霍尔传感器	AHKC

	霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。
智能剩余电流继电器	ASJ

该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。

六、结论

在全球能源危机与双碳目标的推动下，电动汽车有序充电与车网互动技术对交通领域减碳、能源压力缓解以及电网稳定高效运行意义重大。尽管当前在有序充电控制、充电设施规划、与可再生能源融合及大规模充电调度等方面存在诸多技术问题，但通过探索解决策略、提升关键技术水平，有望实现电动汽车与电网的和谐共生与协同发展，为我国乃至全球应对能源与环境挑战、达成双碳目标贡献力量。未来，需关注技术更新迭代及市场和政策环境变化，持续完善相关技术体系，推动电动汽车产业更好地服务于双碳战略。

参考文献：

[1]谢嘉城.双碳目标下电动汽车有序充电与车网互动技术研究[J]

[2]成晓倩.基于共享电动单车轨迹数据挖掘的中小城市热点探测与居民出行行为分析[J],2021.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇