新能源充电桩的智能化管理和如何与电网互联的优化策略研究分析

摘 要：在当今全球范围内，电动汽车的普及和清洁能源的发展成为应对气候变化和能源安全挑战的重要举措。随着电动汽车的销量不断增长，电力新能源充电桩作为其主要充电设施，扮演着至关重要的角色，全球充电桩数量的增加和电动汽车的普及，使得充电桩的管理与运营面临着越来越大的挑战。本文深入探讨电力新能源充电桩的智能化管理技术和与电网的有效互联策略，以提高充电桩的利用效率、降低能源成本，促进清洁能源的大规模应用，同时为电网的稳定运行提供有力支持。
关键词：电力新能源；智能化管理；电网互联；优化

引言：传统充电桩通常采用人工巡检和简单的远程监控方式，这种方式管理效率低下，且难以适应充电需求的动态变化，容易导致充电桩资源的浪费和运行成本的增加[1]。近年来，电网的发展和变化也给充电桩的运营带来了一系列挑战，如电网负荷的不均衡、电能浪费、峰谷差异等问题，需要采取更加智能和高效的管理手段来应对。充电桩与电网的互联能够实现充电需求与电网负荷的动态平衡，有效降低电网负荷峰值，提高电网的稳定性和可靠性。然而，当前充电桩与电网之间的互联程度较低，缺乏有效的信息交互和智能化管理手段，导致充电桩运营效率低下，电网负荷无法得到合理分配和优化配置。
1.电力新能源充电桩的智能化管理概述
电力新能源充电桩的智能化管理是提升充电效率的关键，电力新能源充电桩的智能化管理可以提高充电桩的效率、可靠性和智能化水平，以满足电动汽车快速增长的充电需求，并与电网实现智能互联，需要充分集成先进的传感器、通信技术和智能算法，智能充电桩能够实现实时监测、远程控制、故障诊断和智能调度等功能。电力新能源充电桩是一种用于为电动车辆充电的设备，其构成主要包括充电桩本体、充电连接器、控制器、智能管理系统以及必要的安全保护装置，充电桩本体是充电设备的主体部分，通常由支架、充电插座、显示屏等组成，提供给电动车辆供电的接口。除此之外，充电连接器是用于连接电动车辆和充电桩的关键组件，具有防水、防尘和防腐蚀的特性，以确保充电连接的稳定性和安全性。控制器是充电桩的核心部件，负责控制充电过程中的电流、电压和充电功率，保障充电过程的稳定和安全[2]。

一方面，智能化管理使得充电桩能够实时监测充电过程中的各项参数，包括电量、充电速率、充电时间等，从而确保充电过程的安全和稳定，通过远程控制功能，管理人员可以远程监控和控制充电桩的运行状态，实现远程开启、关闭、调节充电功率等操作，提高了管理的便捷性和灵活性。另一方面，智能化管理还包括故障诊断功能，能够及时检测充电桩的故障，并提供相应的维修建议，减少了故障对充电桩运行的影响，在此基础上智能化管理通过智能调度算法，实现充电桩之间的动态平衡和电网负荷的优化配置，提高了充电桩的利用率和充电效率，同时降低了电网的负荷峰值，促进了清洁能源的大规模应用。
2. 电力新能源充电桩的智能化管理的技术框架
2.1 设备控制与监测
电力新能源充电桩的智能化管理技术框架中，设备控制与监测涵盖了充电桩设备的控制和实时监测功能，具体实施的过程中可以整合先进的传感器技术、通信技术和数据处理算法，在很大程度上实现了对充电桩设备的精准控制和全面监测。在智能充电桩设备控制与监测的过程中，运用的控制算法能够实时监测充电桩的各项参数，如电流、电压、温度等，以及充电过程中的状态信息，如充电功率、剩余充电时间等，来保障充电过程的稳定性和安全性。基于实时监测数据，算法能够及时发现充电桩设备的异常情况，如电流过大、电压异常等，从而采取相应的控制措施，如自动降低充电功率或中断充电过程，以防止设备损坏或安全事故发生。其次，算法还能根据充电桩设备的工作状态和充电需求，自动调节充电功率和充电时间，实现对充电过程的智能化控制，提高了充电效率和用户体验。此外，算法还结合了预测分析技术，通过对历史数据和实时环境信息的分析，预测未来充电需求和电网负荷情况，以优化充电策略和资源配置，进一步提高了充电桩的利用效率和电网的负荷平衡能力。
2.2 用户管理与支付
电力新能源充电桩的智能化管理技术框架中，用户管理与支付是至关重要的组成部分，它涵盖了用户身份识别、充电权限管理以及支付结算等功能。这一技术框架通过整合先进的身份识别技术、数据加密技术和支付系统，实现了对充电桩用户的精准管理和便捷支付。
2.3 能源管理与优化
电力新能源充电桩的智能化管理技术框架中，能源管理与优化是至关重要的组成部分，它涵盖了能源的供需平衡、能源的高效利用以及电网负荷的优化配置等功能，能源管理与优化技术框架的实施，不仅能够提高充电桩的能源利用率和运行效率，还能够优化电网的运行和资源配置，为电力新能源充电桩的智能化管理和电网互联提供了重要的技术支持[4]。
一方面，电力新能源建设的技术框架通过整合先进的数据分析技术、智能算法和能源调度系统，实现了对充电桩能源的智能管理和优化利用。具体而言，在能源管理方面，智能化管理系统能够实时监测电网能源的供给情况和充电桩的充电需求，通过智能算法进行能源调度和分配，实现充电桩之间的能源平衡和电网负荷的优化配置。另一方面，在能源优化方面，系统可以根据电网负荷情况和能源价格变化，自动调整充电策略，实现能源的高效利用和成本最小化。除此之外，系统能够预测未来的能源需求和供给情况，提前做出相应的调整，确保了能源的稳定供应和充足利用，在电网负荷优化方面，智能化管理系统可以根据电网负荷情况和能源分布情况，调整充电桩的运行状态和充电策略，实现了电网负荷的均衡分配和峰谷削平，提高了电网的稳定性和可靠性。
3. 电力新能源电网互联的优化策略
3.1 智能充电调度
电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略中，智能充电调度是一项关键性的技术手段，该方法的实施可以是吸纳充电桩之间的能源协调与平衡，以及与电网的有效互联。具体而言，通过整合先进的数据分析技术、智能算法和实时监测系统，实现了对充电桩充电需求的动态调度与优化配置，智能化管理系统能够实时监测充电桩的充电状态、充电需求以及电网的负荷情况，利用数据分析技术对充电桩的充电需求进行预测和分析。除此之外，基于智能算法，系统可以实现对充电桩的智能调度，根据充电需求的优先级、电网负荷情况以及能源价格等因素，合理分配充电资源，实现了充电桩之间的能源协调与平衡，并且智能充电调度策略还可以根据电网负荷的峰谷变化，调整充电策略，实现了电网负荷的优化配置与峰谷削平，提高了电网的稳定性和可靠性。
3.2 电价感知充电
电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略中，电价感知充电是一项关键性的技术手段，旨在利用实时电价信息，调整充电策略，实现充电成本的最小化与电网负荷的平衡，可以通过整合先进的数据分析技术、智能算法和实时监测系统，实现对电价信息的实时感知与充电策略的智能调整[5]。

其一，智能化管理系统能够实时获取电网的实时电价信息，并结合充电桩的充电需求和用户的偏好，进行电价感知充电策略的制定。其二，基于智能算法，系统可以根据电价的波动情况和充电桩的充电需求，动态调整充电策略，选择最优的充电时段和充电功率，以实现充电成本的最小化。其三，电价感知充电策略还可以根据电网负荷的变化，调整充电桩的充电功率，实现电网负荷的平衡和峰谷削平，提高电网的稳定性和可靠性。
3.3 电网支持
电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略中，电网支持是一项至关重要的技术手段，具体应用过程中可以通过智能化管理系统与电网的有效互联，提供对电力新能源充电桩的智能监控、调度和支持，从而实现电网与充电桩之间的互动与协同。具体而言，在电力新能源充电桩智能化管理的过程中，基于先进的通信技术、数据分析技术和实时监测系统的全面整合，实现了充电桩与电网之间的实时信息交互和智能化管理。除此之外，智能化管理系统能够实时监测电网的运行状态、负荷情况以及能源供应情况，获取实时的电网数据，智能化管理系统通过通信技术与电网实现实时数据交互，将电网状态信息反馈到充电桩管理系统中，以实现对充电桩的智能调度和优化配置，对应的电网支持策略还可以根据电网负荷的变化和能源供给情况，调整充电桩的充电策略，实现充电桩与电网之间的互动与协同，且智能化管理系统还可以通过与电网的互联，提供实时的电网支持和应急响应，为电网的稳定运行提供重要保障。
3.4 储能系统协同管理
电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略中，储能系统协同管理是关键性的技术手段，在利用储能系统与充电桩之间的协同作用，提高电网的稳定性、可靠性和能源利用效率，该策略通过整合先进的储能技术、智能控制算法和实时监测系统，实现了充电桩与储能系统之间的实时数据交互和智能化管理[6]。
首先，智能化管理系统能够实时监测电网负荷情况、储能系统的储能状态以及充电桩的充电需求，获取实时的能源数据。其次，系统通过智能控制算法，实现充电桩与储能系统之间的协同管理，根据电网负荷情况和储能系统的储能状态，调整充电策略和能源分配方案，实现能源的灵活调配和峰谷削平，并且储能系统协同管理策略还可以根据电网的运行情况和能源供给情况，调整储能系统的充放电策略，为电网的稳定运行提供重要支持。最后，智能化管理系统还可以利用储能系统的备用能量，为电网提供应急支持和储能调节服务，提高电网的安全性和稳定性。

4.安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

4.1概述

AcrelCloud-9000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。

4.2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。

4.3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modbus-rtu。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。

作者介绍：

曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司

Tel:[phone]（V同号）

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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。

4.5系统硬件配置

5.结束语
综上所述，电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略是促进清洁能源应用和电网运行的关键措施。具体的优化策略中，智能充电调度、电价感知充电和储能系统协同管理等技术手段发挥了重要作用，实现了充电成本的降低、电网负荷的优化和能源的有效利用，综合考虑各项技术策略的实施方法，电力新能源充电桩的智能化管理与电网互联的优化策略能够有效提高充电桩的利用效率，并且最大化降低能源成本，促进清洁能源的大规模应用，同时为电网的稳定运行提供了有力支持，具有广泛的应用前景和重要的实践意义。

参考文献
[1] 刘林海.新能源消纳与电网规划[J].中国产经,2022(2):48-50.
[2] 安艳萍.新能源充电粧智能管理系统的研究[D].上海:上海应用技术大学,2016.
[3] 刘明辉,杨新明,王乾峰.泛在电力物联网下电动汽车充电桩的运营管理创新[J].中国商论,2019(19):126-127.
[4] 刘洋.国家电网建成全球接入充电桩数量最多的智慧车联网平台[J].电力系统装备,2019(21):24.
[5] 张旻,彭梦妮,夏向阳,等.新能源电动汽车参与电网频率控制研究[J].中国电力,2017,50(8):173-178.
[6] 薛露露,刘坚,刘岱宗.中国实现电动汽车与电网协同的可行性分析[M].北京:社会科学文献出版社,2020:337-353.

审核编辑 黄宇