中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互聯(lián)”專場(chǎng)，南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）國(guó)電南瑞用電分公司高級(jí)工程師 張建偉在會(huì)上分享了主題報(bào)告《電動(dòng)汽車有序充電技術(shù)及應(yīng)用試點(diǎn)》，以下為演講實(shí)錄：
張建偉：各位專家各位同仁下午好！今天講的主要內(nèi)容是基于國(guó)家電網(wǎng)公司開展的智慧能源控制系統(tǒng)建設(shè)的重要業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用——有序充電的相關(guān)研究和試點(diǎn)內(nèi)容。
國(guó)家十三五規(guī)劃把電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)作為新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。我們看一下這兩張圖，我就不詳細(xì)展開說了，前面幾位專家也是列出了很多相關(guān)數(shù)據(jù)，無論從電動(dòng)汽車的年銷量，還有整體保有量，中國(guó)均居于世界第一。下邊這張圖是充電樁的一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，給出的是2017年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，有點(diǎn)久遠(yuǎn)了。根據(jù)中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)（聯(lián)盟會(huì)員內(nèi)的數(shù)據(jù)），截止2019年3月應(yīng)該是92.1萬個(gè)，如果考慮聯(lián)盟外及未統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，個(gè)人估計(jì)國(guó)內(nèi)已經(jīng)超過100萬個(gè)了。
數(shù)據(jù)固然可喜的，但是如此大量的電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)，會(huì)造成一個(gè)什么影響呢？前面各位專家也講過了，如果所有燃油車換成電動(dòng)汽車，它的整個(gè)充電功率是非常大的。如果接入電網(wǎng)，可能會(huì)造成峰谷差進(jìn)一步拉大。另外，還會(huì)造成局部電網(wǎng)的容量不足，導(dǎo)致局部電網(wǎng)電壓跌落、頻率下降及保護(hù)動(dòng)作等問題。除此之外，隨著分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能以及電動(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車具有天然的移動(dòng)式儲(chǔ)能功能，它的整個(gè)儲(chǔ)能容量也是非常巨大的。這些電力用戶從傳統(tǒng)的被動(dòng)參與者正在向主動(dòng)的參與者轉(zhuǎn)變，電網(wǎng)該如何滿足他們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)電網(wǎng)的需求呢？這個(gè)也是需要我們?nèi)タ紤]研究的。
前邊介紹了市場(chǎng)背景，下邊舉個(gè)典型城市典型小區(qū)的一個(gè)用電負(fù)荷的例子。通過右邊這個(gè)表可以看到，如果把小區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有燃油車換成電動(dòng)汽車，當(dāng)同時(shí)充電系數(shù)達(dá)到20%，小區(qū)電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷將會(huì)成為整個(gè)小區(qū)用電規(guī)劃負(fù)荷的主要的負(fù)荷。如果我們?cè)倏紤]到電動(dòng)汽車充電的規(guī)律性，情況會(huì)更加糟糕。我們看一下這個(gè)圖，小區(qū)一般下午3點(diǎn)半到6點(diǎn)是停車的高峰，整個(gè)充電時(shí)間就在晚上的6點(diǎn)以后，這個(gè)時(shí)間也是小區(qū)的負(fù)荷用電高峰，造成整個(gè)用電負(fù)荷峰上加峰的情況。右側(cè)這個(gè)圖是停車時(shí)長(zhǎng)的圖，一般小區(qū)夜間停車會(huì)超過8個(gè)小時(shí)。
南瑞公司在有序充電方面做了大量的前期調(diào)研工作，這個(gè)是有序充電場(chǎng)景研究的一個(gè)調(diào)研情況表，按照充電設(shè)備類型來進(jìn)行分類的。按照目前的充電設(shè)備可以劃分為：高速路快速充電站、城市快速充電站、城市專用充電站和分散式充電樁。高速公路還有城市的快充站，主要目的是快速補(bǔ)充電能，時(shí)間越短越好，對(duì)于有序充電的引導(dǎo)性比較弱，沒有時(shí)間進(jìn)行引導(dǎo)。對(duì)于集中式的專用充電站，例如公交充電站，公交公司對(duì)充電價(jià)格還是比較敏感的，他們一般的充電規(guī)律是在夜間進(jìn)行主要充電，白天利用?？空具M(jìn)行快速的電能補(bǔ)充，所以它的引導(dǎo)性相較前兩者要強(qiáng)。最后，分散充電樁主要指的是在小區(qū)或者是單位/公司停車場(chǎng)部署的交流充電樁，一般車輛停車時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)用車迫切度也不是很高，有序可引導(dǎo)性也是最強(qiáng)的，這也是我們研究的主要場(chǎng)景。
前面也提到，國(guó)家電網(wǎng)公司2018年開展了智慧能源控制系統(tǒng)的建設(shè)和試點(diǎn)應(yīng)用，目前主要以有序充電業(yè)務(wù)為場(chǎng)景展開試點(diǎn)，并進(jìn)一步擴(kuò)大試點(diǎn)推廣。對(duì)于智慧能源控制系統(tǒng)，它的作用是做什么的呢？智慧能源控制系統(tǒng)的定位是連接發(fā)電用戶跟用電用戶以及用戶和電網(wǎng)，通過市場(chǎng)化的手段，對(duì)發(fā)電和用電進(jìn)行有序引導(dǎo)和調(diào)控，滿足電網(wǎng)日益增長(zhǎng)的清潔能源消納，調(diào)頻備用等服務(wù)。它的總體目標(biāo)是以新一代的電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)，打造一個(gè)廣泛互聯(lián)，用戶靈活參與的智慧能源服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車、分布式儲(chǔ)能、分布式電源和微電網(wǎng)等新型用能設(shè)備的接入及互通。右邊圖可以很形象的展示了整個(gè)系統(tǒng)，左側(cè)是發(fā)電側(cè)，右邊是用電側(cè)，當(dāng)中三個(gè)重要業(yè)務(wù)有序充電、儲(chǔ)能云網(wǎng)和綠色能源交易。
有序充電作為系統(tǒng)建設(shè)的重要業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景，它的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)80%的用戶在家充電，80%的用戶在低谷充電，在高峰放電。這樣用戶就可以充到相對(duì)比較便宜的電和清潔的電。同時(shí)，電網(wǎng)公司可以實(shí)現(xiàn)清潔能源的消納，可以說是實(shí)現(xiàn)了多方的互贏。有序充電的建設(shè)原則我就不多講了。這張圖是有序充電的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，采用線上線下相結(jié)合的架構(gòu)，然后建立了云-管-端的系統(tǒng)。云就是智慧控制平臺(tái)，管就是通訊網(wǎng)絡(luò)，能源控制器作為邊設(shè)備，是臺(tái)區(qū)管理中樞。端設(shè)備包括充電樁和能源路由器，能源路由器具有采集和有序控制功能，作為用戶側(cè)智能設(shè)備有序接入的入口。通過這個(gè)圖可以看的更加清楚，它包括了智慧能源控制平臺(tái)、能源控制器和能源路由器。能源控制器采集臺(tái)區(qū)運(yùn)行信息，以及臺(tái)區(qū)下充電設(shè)備的狀態(tài)信息。能源控制器一般安裝在配電房或者箱變內(nèi)，與平臺(tái)的遠(yuǎn)端通信采用4G/5G的通信方式。能源路由器安裝在充電樁內(nèi)，充電樁一般布置在停車位附近，距離箱變較遠(yuǎn)，為了避免現(xiàn)場(chǎng)施工布線的麻煩，通信方案采用寬帶載波/無線雙模的方式。
接下來，我們講下系統(tǒng)的關(guān)鍵終端設(shè)備。這個(gè)圖是南瑞公司開發(fā)的能源控制器的實(shí)物圖，它作為臺(tái)區(qū)的管理設(shè)備，開展臺(tái)區(qū)負(fù)荷自治，是臺(tái)區(qū)負(fù)荷管理的中樞。另外，能源控制器內(nèi)部含有本地控制策略，在離線情況下可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)有序控制。這張是能源路由器，它的定位是新一代的智能終端。前邊有專家提到，儲(chǔ)能設(shè)備如何接入到系統(tǒng)里面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有序的調(diào)節(jié)。能源路由器就是作為儲(chǔ)能、充電樁、光伏等設(shè)備有序控制的接入終端，將它們接入到系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、互動(dòng)和控制。能源路由器按照計(jì)量模式分為三類：Ⅰ型單相單計(jì)量能源路由器、Ⅱ型單相雙計(jì)量能源路由器和Ⅲ型三相能源路由器?？煞謩e應(yīng)用到一樁一槍充電樁、一樁雙槍充電樁和三相設(shè)備。如果按照業(yè)務(wù)功能分，能源路由器除了計(jì)量功能，可以包含有序充電控制，儲(chǔ)能控制和綠色能源交易功能。這張圖是有序充電試點(diǎn)應(yīng)用的充電樁，路由器是安裝在樁內(nèi)的。充電樁的有序控制主要是通過兩點(diǎn)：一個(gè)就是PWM的功率調(diào)節(jié)，還有一個(gè)是復(fù)電續(xù)充。這需要充電樁和車輛都要滿足相應(yīng)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要求車輛充電功率能夠?qū)崟r(shí)跟隨PWM占空比的變化。另外，最后這張是有序控制平臺(tái)，大家可以看一下。
有序充電是在一定的控制策略下進(jìn)行的充電，下面講一下控制策略。控制策略主要按照幾個(gè)原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這上邊都列出來了。比如公平原則，正常充是先到先充，有序充是對(duì)臺(tái)區(qū)容量的一個(gè)共享。再如優(yōu)化原則，是把車輛的充電挪到低谷時(shí)段進(jìn)行充電，這樣用戶可以充到低成本的電，還可以充到綠色的電。為什么列出保底原則？電動(dòng)車輛在充電過程中停止充電，如果想再次啟動(dòng)充電，需要人到現(xiàn)場(chǎng)拔掉充電槍，然后再次連接充電槍，啟動(dòng)充電，才可以再次充電。通過復(fù)電續(xù)充功能，可以實(shí)現(xiàn)大部分車輛的斷電再次充電。但是部分車輛在斷電后會(huì)進(jìn)入休眠，無法再次啟動(dòng)，所以不能采用復(fù)電續(xù)充進(jìn)行充電調(diào)節(jié)，智能通過PWM調(diào)節(jié)，將充電功率降到最低進(jìn)行保底充電。
正常充電跟有序充電的區(qū)別，正常充電用戶對(duì)充電價(jià)格并不敏感，對(duì)時(shí)間要求是比較高的；有序充電是用戶有充裕的充電時(shí)間，對(duì)充電價(jià)格有一定的要求，對(duì)100%充滿并不是特別關(guān)注。這張圖是策略執(zhí)行的執(zhí)行架構(gòu)，平臺(tái)控制策略負(fù)責(zé)負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)，宏觀的調(diào)控；能源控制器負(fù)責(zé)本地的控制策略，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)下的負(fù)荷微觀調(diào)控、精準(zhǔn)調(diào)控和實(shí)時(shí)調(diào)控。能源路由器和充電樁是作為執(zhí)行端來執(zhí)行上端下發(fā)的控制策略。安全方面和經(jīng)濟(jì)方面是控制策略主要因素，安全方面有臺(tái)區(qū)的越限、三相不平衡等因素；經(jīng)濟(jì)方面有峰谷電價(jià)、新能源消納等因素。
國(guó)網(wǎng)公司2018年在幾個(gè)省市公司開展了有序充電試點(diǎn)工作，這個(gè)表格詳細(xì)列舉了江蘇、上海、北京、河南四個(gè)試點(diǎn)小區(qū)的試點(diǎn)情況，我們可以看到在每個(gè)臺(tái)區(qū)下面布置的終端設(shè)備數(shù)量和種類。這個(gè)是鄭州世紀(jì)家園小區(qū)的試點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖片。這個(gè)是上海的試點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，一部分安裝的新型有充電樁，對(duì)于存量樁，我們通過在樁的附近安裝能源路由器控制箱，通過能源路由器接入到有序控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)完成了對(duì)蔚、萬幫等存量充電樁的接入。
我們?cè)谠圏c(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)也開展了有序充電的效果驗(yàn)證的相關(guān)工作，從上邊這個(gè)圖可以看出來，綠色的這個(gè)曲線就是居民的用電負(fù)荷曲線，沒有充電的情況下峰值是比較低。峰值最高的紅色曲線是所有車輛進(jìn)行無序充電的情況，我們可以看到充電負(fù)荷曲線跟居民的這個(gè)負(fù)荷曲線峰峰添加會(huì)造成峰值很高。藍(lán)色的曲線是所有車輛采用有序充電，這個(gè)峰值就會(huì)削掉很多，相對(duì)于無序充電的紅色曲線來說，實(shí)現(xiàn)了削峰填谷作用。另外，它還提高了配電資產(chǎn)的利用率。
針對(duì)前期的研究和試點(diǎn)情況，下一步還有很多工作要展開。2019年國(guó)網(wǎng)公司會(huì)擴(kuò)大有序充電的試點(diǎn)應(yīng)用，同步也要完善相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，包括設(shè)備層面、通信層面、系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)方面的標(biāo)準(zhǔn)。
謝謝大家！
