電動車充電樁與配電網的集成管理技術

眭紅蕊，梁浩維

（國網陜西省電力有限公司渭南供電公司，陜西 渭南 714300）

0 引 言

當前，電動車的普及和市場需求上升，使得充電基礎設施面臨著前所未有的機遇和挑戰。作為電動車充電的關鍵技術，集成管理技術在充電樁與配電網中具有重要作用，有望為充電基礎設施創造一個智能、高效、可持續的未來，以滿足不斷增長的電動車市場需求，并積極推動可持續能源發展和環境保護。因此，要緊密關注并積極應對這些挑戰，抓住機遇，促進電動車充電基礎設施的升級和發展。

1 電動車充電樁與配電網集成管理的現狀與挑戰

1.1 充電樁分布規劃問題

目前，電動車充電樁的分布不均衡，建設規劃缺乏整體性。由于缺乏統一規劃和明確的發展目標，充電樁建設的投資和布局往往隨機而不系統。部分擁堵的城市中心或商業區域，由于電動車的使用較多，充電樁供不應求，出現充電排隊等現象。而一些偏遠地區或低電動車使用率的區域，存在充電樁閑置現象。

1.2 配電網負荷管理問題

電動車充電樁的分布不均導致負荷集中。某些地區的充電樁數量明顯多于其他地區，當大量電動車在同一時間段充電時，缺乏合理的充電調度和負荷管理策略，充電樁的充電活動往往無序，沒有充分考慮配電網負荷的變化情況，在高峰充電時段充電樁集中啟動，向配電網請求大量電力，導致配電網無法滿足需求。這種情況下，充電時充電樁將產生集中的功率需求，往往會超出該地區配電網預期的負荷水平。

1.3 充電樁運營與智能能源管理問題

充電樁的分布較分散，給監控和管理工作帶來了巨大困難。目前，很多充電樁運營商都沒有統一的遠程監控平臺，難以實現充電樁的實時監測和故障診斷。此外，充電樁的運營和維護成本高昂。充電樁的維修、設備更新等需要大量人力和物力，而運營商往往難以承擔，影響了充電樁的可靠運行和用戶體驗。

2 電動車充電樁與配電網集成問題的解決方案

2.1 政府加強充電樁規劃管理，實現充電樁供需平衡

針對充電樁分布不均衡問題，政府應加強規劃和管理，明確充電樁建設的發展目標和布局[1]。建立統一的充電設施規劃體系，考慮城市交通、人口密度、市場需求等因素，合理確定充電樁的投放數量和位置。電動汽車充換電基礎設施發展情況如表1 所示。

表1 電動汽車充換電基礎設施發展情況

如表1 所示，公共充電樁增量、直流充電樁數量和交流充電樁數量都持續增長。每個月都有公共充電樁的增加，其中2023 年6 月達到214.9 萬臺。此外，直流充電樁和交流充電樁數量也不斷增長。通過制定相關政策和標準，鼓勵社會資本參與充電樁建設，可推動公共設施與商業化充電樁相結合，實現充電樁供需平衡。新能源汽車充電設施建設發展迅速，未來仍保持快速增長趨勢。

2.2 建立智能充電調度系統，優化配電網負荷管理

配電網負荷管理是解決問題的關鍵[2]。建立智能充電調度系統，利用物聯網、大數據等技術手段，實時監測充電樁和配電網的負荷狀況，并通過智能算法進行負荷均衡調度。

充電樁負荷模型為

式中：Pi(t)為第i個充電樁的功率需求，即在時間t充電樁需要的電功率；Ci(t)為第i個充電樁的充電容量，即充電樁在時間t內能夠提供的電功率；S(t)為總的充電樁數目；PT(t)為配電網在時間t 的總負荷；α為平衡系數。

為實現充電樁與配電網的集成管理，需要建立一個智能充電樁管理系統。當充電樁總需求大于配電網可承載負荷時，每個充電樁的功率需求將按比例縮減，以適應配電網的負荷限制，從而確保充電樁的正常運行和配電網的穩定供電。

使用集成管理技術可以保證充電樁與配電網之間的協調運行，實現負載均衡和功率優化，從而推動電動車充電系統的可持續發展。這一技術的應用能夠確保充電樁與電力供應之間的平衡，最大限度地利用電力資源，提高整個系統的效率和穩定性。

該方案可將配電網的充電樁總需求與配電網可承載的負荷進行比較。當充電樁總需求小于等于配電網的可承載負荷時，將充電樁的功率需求設置為實際值；當充電樁總需求大于配電網的可承載負荷時，對每個充電樁的功率需求按比例進行縮減，以適應配電網的負荷限制。充電樁總需求與配電網可承載負荷之間的比較和對充電樁功率需求的調整，如圖1 所示。

圖1 充電樁總需求與配電網可承載負荷之間的比較和對充電樁功率需求的調整情況

由圖1 可知，假設充電樁總需求為1 000 kW、2 000 kW、3 000 kW、4 000 kW 和5 000 kW，而配電網的可承載負荷分別為1 200 kW、1 500 kW、2 500 kW、3 500 kW 和4000 kW。按照比較規則進行操作，優化電動車用戶充電行為，引導用戶錯峰充電，通過差別化電價或優惠政策等手段，平緩高峰時段的負荷壓力。該方案可以確保充電樁系統合理利用配電網的負荷能力，優化電動車用戶的充電行為與體驗，有效平衡高峰時段的電力需求。

2.3 建立統一的充電樁遠程監控平臺，引入第三方運營商降低成本

針對充電樁運營與智能能源管理問題，建立統一的充電樁遠程監控平臺[3]。通過云計算、物聯網技術等，實現對充電樁的實時監測和故障診斷，提高充電樁的可靠性和安全性。充電樁實時監測和故障診斷數據如表2 所示。

表2 充電樁實時監測和故障診斷數據

表2 展示了多個充電樁實時監測和故障診斷的相關數據信息。每行包含充電樁的編號、狀態（正常或異常）、電量百分比、運行時間以及故障類型和故障描述（如果有）。通過云計算和物聯網技術可以及時獲取充電樁的狀態信息，根據預設的故障診斷規則判斷是否存在故障情況，并進行相應的記錄和處理[4]。

根據充電樁的編號分類，共有5 個充電樁（001、002、003、004、005）。 其中：001、002 和004 號充電樁狀態正常，電量分別為98%、85%和100%，運行時間分別為100 h、80 h 和120 h；003 號和005號充電樁出現了異常情況。003 號充電樁出現連接異常的故障，電量為30%，運行時間為50 h。這表示該充電樁與電源之間的連接中斷，無法正常充電。其原因可能是連接線路故障或插頭松動等，需要進行修復和維護。005 號充電樁出現了充電超時的故障，電量僅為10%，運行時間為20 h。這表明該充電樁在充電過程中超過了設定的充電時長，可能是因為設備或設置出現問題，需要對充電時長進行調整或檢查充電樁是否存在性能問題。

同時，引入第三方服務商進行充電樁的運營和維護，合理分擔運營商的經營成本。通過市場競爭與合作機制，實時統計充電樁的電量使用情況，按照預設的收費標準進行計費，確保充電樁的利用率和收益最大化[5]。

充電樁收益公式為

式中：E為充電樁的收益；N為充電樁數目；U為日平均使用率（以小數表示，如80%用0.8 表示）；C為日充電次數；P為充電費用；Cos為運營成本。式（2）可以幫助充電樁行業進一步優化運營模式，提高利潤空間，降低消費者的充電成本。

3 結 論

電動車充電樁與配電網的集成管理技術研究，對提高電網靈活性與穩定性、推動能源清潔低碳轉型和培育電動汽車產業發展具有重要作用，為電動車領域提供了可持續發展的解決方案和新的發展動力。未來，集成管理技術推動能源的清潔低碳轉型。優化調度、負載均衡和能源效率提升將減少能源消耗和碳排放，推動能源的低碳化發展。