bibo必博官网-浅谈基于大数据的多目标优化电动汽车有序充电系统研究
摘要：在能源短缺与环境污染问题日益严峻的当下，其对我国汽车产业的可持续发展构成了严重制约。在此背景下，电动汽车凭借其环保、节能等优势应运而生。然而，当前我国众多新能源电动汽车普遍采用无序充电方式，在用电高峰时段借助配电网充电时，会显著增大配电网总负荷的峰谷差值。若缺乏对车辆充电行为的有效引导与管控，极易致使局域变压器超负荷运行，进而对配电网的经济、安全运行产生严重的负面影响。鉴于此，深入开展基于大数据多目标优化的有序充电系统研究显得尤为必要且紧迫。本文聚焦于此，旨在探索构建更为科学、高效的有序充电系统，以助力解决电动汽车充电与配电网协调运行的难题。
关键词：电动汽车；大数据；多目标优化；有序充电系统
一、引言
随着现代电网的不断发展以及电动汽车保有量的快速增长，如何实现电动汽车充电行为与电网运行的和谐共生成为了亟待解决的关键问题。电动汽车有序充电控制，本质上是依据电网的实际运行形态，通常将实现最大化传输电动汽车电能为导向，在满足全部用户充电需求的基础上，保障小区配电网能够稳定、高效地运转，进而推动电动汽车产业与电网系统的协同发展。在此过程中，安科瑞充电桩收费运营云平台作为重要的支撑工具，为有序充电系统的高效运营提供了诸多关键功能和优势。
二、背景
（一）现实困境与研究必要性
在当今社会，尽管科技进步与时代发展带来了诸多便利，但能源安全、环境污染等问题依然突出，成为了制约经济可持续发展的重要因素。我国汽车产业在过去几十年间经历了迅猛发展，汽车作为人们日常出行的关键交通工具，其保有量的持续攀升在为人们生活带来便捷的同时，也带来了严重的环境问题。据2015年统计数据显示，我国石油总销量高达5.43亿吨，其中净进口量达3.28亿吨，对外依存度突破60%，且预计到2022年，汽车消耗石油量在我国石油总消耗量中的占比将进一步提高至57%。这一系列数据表明，我国汽车产业面临着因汽车保有量快速增长以及原油对外依存度过高所引发的能源供应紧张问题，能源形势愈发严峻。
与此同时，新能源电动汽车产业蓬勃发展，但无序充电现象却十分普遍。在用电高峰时段，大量电动汽车无序接入配电网充电，会致使配电网总负荷峰谷差值急剧增大。若不能对车辆充电行为进行有效规范和引导，局域变压器超负荷运转的风险将大大增加，这无疑会对配电网的健康稳定运行造成严重破坏。例如，当电动汽车渗透率达到20%时，其在配电站充电过程中便会给配电网带来极高的负荷压力。因此，深入探究新能源电动汽车接入电网后的有序充电措施，对于保障电网安全稳定运行、推动电动汽车产业健康发展具有重要的现实意义。
（二）国内外发展现状分析
有序充电作为一种科学的充电管理方式，旨在在满足用户车辆充电需求的前提下，运用经济或技术手段合理控制车辆充电时间和功率，以此缩小配电网的峰谷差值，使负荷曲线趋于平稳，为电网的可靠稳定运行筑牢基础。与之相对的无序充电，则呈现出随机接入、随时充电的特点，虽然能让用户根据自身时间灵活安排充电，不受外界过多因素干扰，但却给电网运行带来了诸多挑战。
在电动汽车充电控制方式方面，主要分为直接充电负荷控制与间接充电负荷控制两种。直接充电负荷控制是通过实时监测电网基本负荷量以及新能源电动汽车的充电需求，对充电桩的中断与启动进行准确控制，以此直接干预充电行为，实现对配电网负荷的调节。间接充电负荷控制则侧重于依靠充电站经营者制定分时充电价格策略，引导用户依据自身车辆充电需求以及分时电价情况，自主合理地安排充电时间。经营者借助电价制度这一经济杠杆，激励用户主动转变充电行为，以响应有序充电要求，通常采用拟定附加费用、峰谷电价等具体方法来引导和调整用户的充电决策。
值得一提的是，新能源电动汽车不仅具备从电网吸收电能的功能，在特定条件下还能够向电网传输电能，实现车网互动，这为有序充电系统的优化提供了新的思路和可能性。例如，在电网负荷低谷时段，电动汽车可通过合理的控制策略存储多余电能；而在电网负荷高峰时段，又能将存储的电能反馈给电网，辅助电网进行负荷调节，提高能源利用效率。然而，要实现这一理想状态，需要构建一套更为完善、基于大数据多目标优化的有序充电系统，充分挖掘和整合各类信息，以实现对电动汽车充电行为的准确调控。在此过程中，安科瑞充电桩收费运营云平台凭借其功能特性，正逐渐成为有序充电系统运营管理的得力助手。
三、有序充电系统的构建与优化
（一）有序充电系统的构建
有序充电系统的构建需要考虑多个因素，包括电动汽车的充电需求、电网负荷情况、充电设施的类型和数量等。基于大数据的多目标优化方法可以为有序充电系统的构建提供有力的支持。通过收集和分析大量的电动汽车充电数据和电网负荷数据，可以构建出更加准确的有序充电模型。同时，还可以考虑多个优化目标，如最大化能源利用效率等，以实现更加优化的有序充电策略。
在构建有序充电系统时，可以与安科瑞充电桩收费运营云平台进行无缝对接。通过该平台的数据采集和监控功能，可以实时获取充电桩的运行状态和充电数据。同时，该平台还可以提供充电策略的制定和优化功能，帮助实现更加高效、稳定、经济的有序充电系统。
（二）有序充电系统的优化
在有序充电系统的优化过程中，需要考虑多个优化目标和约束条件。其中，优化目标可以包括最小化用户充电成本等。约束条件可以包括电动汽车的充电需求、电网负荷限制、充电设施的类型和数量等。
基于大数据的多目标优化方法可以在满足约束条件的前提下，寻找最优的有序充电策略。通过不断调整和优化充电策略，可以实现更加高效、稳定、经济的有序充电系统。同时，可以与安科瑞充电桩收费运营云平台进行实时数据交互和策略调整，确保有序充电系统的持续优化和改进。
四、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。
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
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。
五、结论与展望
本研究针对电动汽车无序充电行为对电网带来的挑战，提出了基于大数据的多目标优化电动汽车有序充电系统方案，并结合安科瑞充电桩收费运营云平台进行了深入探讨。通过收集和分析大量的电动汽车充电数据和电网负荷数据，构建出更加准确的有序充电模型，并考虑多个优化目标和约束条件，实现了更加高效、稳定、经济的有序充电策略。
未来，随着电动汽车数量的不断增加和充电技术的不断发展，有序充电系统将成为电动汽车充电领域的重要发展方向之一。我们将继续深入研究有序充电系统的优化方法和应用实践，并结合安科瑞充电桩收费运营云平台等技术平台，为电动汽车产业的健康发展提供有力的支持。同时，我们也将积极探索与其他领域的合作机会，推动电动汽车产业与其他产业的融合发展，共同构建更加绿色、低碳、可持续的未来。
