安科瑞 陳聰

摘要：引導電動汽車充電負荷向低谷轉移時，現(xiàn)有的分時靜態(tài)電價與峰谷區(qū)間存在不匹配的現(xiàn)象，針對這一問題，提出了多時段動態(tài)電價引導策略，與所提出帶有多時段動態(tài)電價策略的有序充電方法對比，動態(tài)電價策略有效降低了電網(wǎng)峰谷差和用戶充電費用，達到削峰填谷的效果。

關鍵詞：電動汽車；動態(tài)電價；有序充電；削峰填谷

1引言

1.1研究背景與意義

隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注度不斷提升，電動汽車憑借其*排放、低噪音等優(yōu)勢，逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)轉型升級的核心方向。近年來，各國政府紛紛出臺政策鼓勵電動汽車的發(fā)展，其保有量呈指數(shù)級增長。然而，電動汽車的大規(guī)模普及也帶來了一系列挑戰(zhàn)，其中充電問題尤為突出。

從電動汽車的充電現(xiàn)狀來看，無序充電現(xiàn)象較為普遍。大量電動汽車在用電高峰期集中充電，會導致電網(wǎng)負荷急劇攀升，進一步加劇峰谷差。這不僅降低了電網(wǎng)設備的運行效率與使用壽命，還可能引發(fā)電壓波動、諧波污染等電能質(zhì)量問題，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及其他電力用戶的正常用電。據(jù)相關研究表明，在某些城市的用電高峰時段，電動汽車的集中充電使得電網(wǎng)負荷瞬間增加了[X]%，導致部分區(qū)域出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的情況，影響了居民的正常生活用電。同時，傳統(tǒng)的充電方式缺乏有效的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理，往往會出現(xiàn)充電設施利用率不均的情況，部分熱門區(qū)域的充電樁長時間處于排隊等待狀態(tài)，而一些偏遠區(qū)域的充電樁則閑置率較高，這不僅增加了用戶的充電等待時間與焦慮感，降低了用戶對電動汽車的使用滿意度，還在一定程度上阻礙了電動汽車的進一步推廣。

有序充電策略的出現(xiàn)為解決這些問題提供了有效途徑。有序充電，作為一種智能充電策略，旨在通過合理安排電動汽車的充電時間和充電功率，以減輕對電網(wǎng)的壓力，提高電網(wǎng)的利用率，并確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過智能調(diào)度，有序充電能夠根據(jù)電網(wǎng)的實際負載情況，智能地調(diào)整電動汽車的充電時間和充電功率，引導電動汽車在電網(wǎng)負荷低谷期進行充電，避免在電網(wǎng)負荷高峰時段充電，從而有效平滑電網(wǎng)的負荷曲線，顯著降低峰谷差，提高電網(wǎng)設備的利用率，減少為滿足尖峰負荷而額外建設的發(fā)電與輸電設施投資，從而大幅降低電網(wǎng)的整體運行成本，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置與有效利用。有序充電還可以避免頻繁的快速充電，有助于保護電池，延長其使用壽命，降低用戶的充電成本，提高用戶的充電體驗。從社會層面來看，有序充電能夠促進可再生能源的消納，提高清潔能源的利用率，推動節(jié)能減排，助力實現(xiàn)低碳發(fā)展目標。

多時段動態(tài)電價機制作為引導用戶合理用電的重要手段，在有序充電策略中發(fā)揮著關鍵作用。通過根據(jù)電力負荷變化情況調(diào)整電價，鼓勵用戶在低谷時段充電，從而有效削峰填谷。與傳統(tǒng)的階梯電價相比，多時段動態(tài)電價能夠更精細地反映電力供需關系，具有更強的激勵作用。在不同的季節(jié)和時間段，電力系統(tǒng)的負荷情況存在較大差異。通過多時段動態(tài)電價機制，可以在負荷低谷期降低電價，吸引電動汽車用戶在此時段充電；而在負荷高峰期提高電價，引導用戶避開高峰時段充電。這種靈活的電價調(diào)整方式能夠更好地引導用戶的充電行為，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。

綜上所述，基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化研究具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。通過深入研究這一領域，能夠有效緩解電動汽車充電對電網(wǎng)帶來的壓力，提高電力系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，促進電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為構建清潔、、穩(wěn)定的能源體系做出貢獻。

2多時段動態(tài)電價機制剖析

2.1多時段動態(tài)電價的概念與內(nèi)涵

多時段動態(tài)電價，作為一種先進的電價定價模式，依據(jù)電力系統(tǒng)在不同時段的負荷特性、發(fā)電成本以及電力市場供需狀況等多種因素，將一天劃分為多個時段，并針對每個時段制定差異化的電價。這種電價機制打破了傳統(tǒng)電價模式的單一性與固定性，能夠更為地反映電力在不同時段的真實價值，為用戶提供更為靈活、合理的用電價格信號。

與傳統(tǒng)電價相比，多時段動態(tài)電價在定價策略、時段劃分以及對用戶用電行為的引導等方面存在顯著差異。傳統(tǒng)電價模式，如單一制電價，不區(qū)分用電時段，無論何時用電，用戶均按照統(tǒng)一的電價標準支付電費。這種電價模式簡單直觀，但無法體現(xiàn)電力在不同時段的成本差異和供需關系變化，難以有效引導用戶合理調(diào)整用電行為。階梯電價則根據(jù)用戶用電量的不同，將用電分為若干階梯，每個階梯對應不同的電價水平。其主要目的在于引導用戶節(jié)約用電，但在反映電力系統(tǒng)的實時供需情況方面存在一定的局限性。

而多時段動態(tài)電價機制則具有明顯的優(yōu)勢。在定價策略上，它充分考慮了電力系統(tǒng)的運行成本、負荷變化以及市場供需關系等因素，通過對不同時段的電價進行動態(tài)調(diào)整，使得電價能夠更準確地反映電力的價值。在時段劃分上，多時段動態(tài)電價通常將一天劃分為多個時段，如高峰時段、平段時段和低谷時段，甚至進一步細分出尖峰時段和深谷時段。每個時段的電價根據(jù)該時段的電力供需狀況和成本進行設定，高峰時段電價較高，低谷時段電價較低，從而引導用戶在低谷時段增加用電，在高峰時段減少用電。這種精細的時段劃分和靈活的電價調(diào)整方式，能夠更好地引導用戶的用電行為，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。

多時段動態(tài)電價能夠實時反映電力供需關系的變化。在電力需求高峰期，由于發(fā)電設備需要滿負荷運行，甚至可能需要啟動一些成本較高的備用發(fā)電設備，導致發(fā)電成本上升。同時，電力供應相對緊張，供需矛盾突出。為了緩解這種供需矛盾，多時段動態(tài)電價機制會相應提高高峰時段的電價，通過價格信號引導用戶減少在高峰時段的用電需求。這不僅有助于降低電力系統(tǒng)的峰值負荷，減輕電網(wǎng)的供電壓力，還能促使電力企業(yè)合理安排發(fā)電計劃，提高電力系統(tǒng)的運行效率。

在電力需求低谷期，發(fā)電設備的利用率較低，發(fā)電成本相對較低。此時，多時段動態(tài)電價機制會降低低谷時段的電價，鼓勵用戶增加用電。這可以有效提高電力系統(tǒng)的負荷率，充分利用發(fā)電設備的閑置容量，降低發(fā)電成本。通過引導用戶在低谷時段用電，還可以減少電力在傳輸和分配過程中的損耗，提高電力系統(tǒng)的整體運行效率。

以某地區(qū)實施多時段動態(tài)電價機制為例，在夏季用電高峰期，每天的18:00-22:00被設定為高峰時段，電價較平時段高出[X]%。在此期間，部分可調(diào)節(jié)用電的企業(yè)和居民用戶，如工業(yè)企業(yè)的非生產(chǎn)性用電、居民的電熱水器加熱等，紛紛調(diào)整用電時間，避開高峰時段。據(jù)統(tǒng)計，實施多時段動態(tài)電價后，該地區(qū)高峰時段的電力負荷下降了[X]萬千瓦，有效緩解了電網(wǎng)的供電壓力。在低谷時段，如每天的0:00-6:00，電價較平時段降低了[X]%。這吸引了一些對電價較為敏感的用戶，如電動汽車用戶，選擇在低谷時段進行充電。該地區(qū)電動汽車在低谷時段的充電量占總充電量的比例從之前的[X]%提高到了[X]%，充分利用了低谷時段的電力資源，提高了電力系統(tǒng)的負荷率。

2.2多時段動態(tài)電價的制定原則與方法

在制定多時段動態(tài)電價時，需遵循一系列原則，以確保其科學性、合理性與有效性。公平性原則是其中的重要基石，要求電價制定充分考慮不同用戶群體的用電需求和經(jīng)濟承受能力，避免對特定用戶群體造成不合理的負擔。對于工業(yè)用戶和居民用戶，應根據(jù)其用電特性和經(jīng)濟狀況，制定差異化但公平的電價策略。合理性原則強調(diào)電價應真實反映電力的生產(chǎn)成本、供應成本以及市場供需關系。在發(fā)電環(huán)節(jié)，不同能源的發(fā)電成本存在差異，如火力發(fā)電受煤炭價格波動影響較大，水力發(fā)電則與水資源的豐枯狀況密切相關。在制定電價時，需綜合考慮這些因素，確保電價能夠合理補償發(fā)電企業(yè)的成本，并反映電力的真實價值。

在制定多時段動態(tài)電價時，可采用多種方法。負荷預測法是一種常用的方法，通過對歷史電力負荷數(shù)據(jù)的深入分析，運用時間序列分析、回歸分析等技術手段，結合氣象數(shù)據(jù)、節(jié)假日信息等因素，對未來不同時段的電力負荷進行預測。根據(jù)預測結果，將負荷高峰時段設定為高電價時段，負荷低谷時段設定為低電價時段。當預測到夏季高溫時段電力負荷將大幅增加時，可提前提高該時段的電價，以引導用戶合理調(diào)整用電行為。成本分析法通過對電力生產(chǎn)、傳輸、分配等各個環(huán)節(jié)的成本進行詳細核算，確定不同時段的電力成本，并以此為基礎制定電價。在夜間，由于電力需求較低，發(fā)電設備的利用率相對較低，發(fā)電成本也相應降低，此時可適當降低電價。市場定價法引入市場競爭機制，根據(jù)電力市場的供需關系和交易情況來確定電價。在電力市場中，發(fā)電企業(yè)和用戶通過競價的方式進行交易，電價根據(jù)市場的供需平衡情況實時波動。

多時段動態(tài)電價的制定還受到諸多因素的影響。電力系統(tǒng)的負荷特性是關鍵因素之一，不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同時間段的電力負荷存在顯著差異。在夏季，空調(diào)等制冷設備的大量使用會導致電力負荷在白天出現(xiàn)高峰；而在冬季，取暖設備的使用則會使電力負荷在夜間增加。電價制定需充分考慮這些負荷特性的變化，靈活調(diào)整電價時段和價格水平。發(fā)電成本的波動也對電價制定產(chǎn)生重要影響。煤炭、天然氣等能源價格的變動，會直接影響火力發(fā)電的成本；而新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，如太陽能光伏發(fā)電受天氣影響較大，風力發(fā)電受風速影響明顯，也會增加電力供應的成本和不確定性。在制定電價時，需綜合考慮這些發(fā)電成本的變化因素，以確保電價的合理性和穩(wěn)定性。政策導向也是不可忽視的因素，政府為了鼓勵清潔能源的發(fā)展、促進節(jié)能減排等目標的實現(xiàn)，會通過制定相關政策來影響電價的制定。政府可能會對新能源發(fā)電給予補貼，從而降低新能源發(fā)電的成本，進而影響多時段動態(tài)電價的結構。

2.3多時段動態(tài)電價機制的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.3.1優(yōu)勢

多時段動態(tài)電價機制在提高電力系統(tǒng)效率方面具有顯著優(yōu)勢。通過將一天劃分為多個時段，并根據(jù)各時段的電力供需情況制定不同的電價，能夠有效引導用戶調(diào)整用電行為。在高峰時段，較高的電價促使用戶減少不必要的用電，如商業(yè)場所適當降低空調(diào)溫度設定，工業(yè)企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)計劃，避開高峰時段的高成本用電。而在低谷時段，較低的電價鼓勵用戶增加用電，如居民選擇在夜間低谷時段使用電熱水器、洗衣機等大功率電器。這種錯峰用電的方式能夠有效降低電力系統(tǒng)的峰值負荷，減少因高峰負荷需求而額外投入的發(fā)電設備和輸電線路建設，從而提高電力系統(tǒng)的整體運行效率，降低電力資源的浪費。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，某地區(qū)實施多時段動態(tài)電價后，電力系統(tǒng)的峰值負荷降低了[X]%，設備利用率提高了[X]%，有效提升了電力系統(tǒng)的運行效率。

該機制對降低電網(wǎng)投資成本也起到了積極作用。由于引導用戶錯峰用電，使得電網(wǎng)的負荷曲線更加平滑，減少了峰谷差。這意味著電網(wǎng)企業(yè)在規(guī)劃和建設電網(wǎng)時，可以減少為滿足高峰負荷需求而建設的大量冗余輸電和變電設施。傳統(tǒng)情況下，為了應對高峰時段的電力需求，電網(wǎng)企業(yè)需要投入巨額資金建設大容量的變電站和輸電線路。而多時段動態(tài)電價機制的實施，降低了高峰負荷的壓力，使得電網(wǎng)企業(yè)可以合理規(guī)劃電網(wǎng)建設，避免過度投資，從而降低了電網(wǎng)的建設和運營成本。以某城市為例，實施多時段動態(tài)電價后，預計未來五年內(nèi)可減少電網(wǎng)建設投資[X]億元。

多時段動態(tài)電價機制對促進新能源消納也具有重要意義。隨著太陽能、風能等新能源在電力系統(tǒng)中的占比不斷增加，其發(fā)電的間歇性和波動性問題日益凸顯。新能源發(fā)電通常在白天陽光充足或風力較大時出力較高，但此時可能并非電力需求高峰時段。通過多時段動態(tài)電價機制，在新能源發(fā)電充裕的時段，降低電價，鼓勵用戶增加用電，從而提高新能源的消納能力。在白天光伏發(fā)電量大的時段，降低電價，引導工業(yè)企業(yè)增加生產(chǎn)用電，居民增加電器使用，使更多的光伏發(fā)電能夠被及時消耗，減少棄光現(xiàn)象。在夜間風力發(fā)電較強時，通過低電價吸引電動汽車充電等，提高風電的消納效率。這有助于推動能源結構的優(yōu)化調(diào)整，促進清潔能源的可持續(xù)發(fā)展。

2.3.2挑戰(zhàn)

盡管多時段動態(tài)電價機制具有諸多優(yōu)勢，但在實際推行過程中，也面臨著一系列挑戰(zhàn)。用戶接受度是首要挑戰(zhàn)之一。長期以來，用戶習慣了傳統(tǒng)的固定電價模式，對電價的動態(tài)變化可能存在不適應和抵觸情緒。一些用戶可能擔心電價波動會增加用電成本的不確定性，從而對多時段動態(tài)電價機制持觀望或反對態(tài)度。部分居民用戶可能擔心在不了解電價變化規(guī)律的情況下，因在高峰時段用電而導致電費大幅增加。為提高用戶接受度，需要加強宣傳教育，通過多種渠道向用戶普及多時段動態(tài)電價的原理、優(yōu)勢以及對節(jié)能減排的重要意義。可以利用社交媒體、社區(qū)宣傳活動、電力公司網(wǎng)站等平臺，發(fā)布詳細的電價政策解讀和用戶案例，讓用戶了解如何通過合理調(diào)整用電時間來降低用電成本。建立用戶反饋機制，及時收集用戶的意見和建議，對電價政策進行優(yōu)化和調(diào)整，以滿足用戶的需求。

價格波動風險也是不容忽視的問題。多時段動態(tài)電價的實施使得電價隨電力供需關系的變化而頻繁波動，這給用戶和電力企業(yè)都帶來了一定的經(jīng)濟風險。對于用戶而言，難以準確預測未來的電價走勢，可能導致在用電決策上出現(xiàn)失誤，增加用電成本。對于電力企業(yè)來說，電價的波動可能影響其收益的穩(wěn)定性，加大了成本控制和風險管理的難度。為應對價格波動風險，可建立相應的風險分擔機制。例如，電力企業(yè)可以與用戶簽訂長期合同，約定一定范圍內(nèi)的電價波動幅度，超出部分由雙方共同承擔。引入金融工具，如電力期貨、期權等，幫助用戶和電力企業(yè)進行套期，降低價格波動帶來的風險。加強對電力市場的監(jiān)測和分析，提高電價預測的準確性，為用戶和電力企業(yè)提供決策參考。

在有序充電策略實施過程中，數(shù)據(jù)安全與隱私保護至關重要。為實現(xiàn)對電動汽車充電的調(diào)度和電價的合理制定，需要采集大量用戶的用電數(shù)據(jù)，包括充電時間、充電地點、充電功率等信息。這些數(shù)據(jù)涉及用戶的個人隱私，如果遭到泄露或濫用，將對用戶的權益造成損害。同時，數(shù)據(jù)安全問題也可能影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為保障數(shù)據(jù)安全與隱私，電力企業(yè)和相關部門應建立健全的數(shù)據(jù)安全管理制度，采用先進的加密技術和訪問控制機制，對用戶數(shù)據(jù)進行加密存儲和傳輸，限制數(shù)據(jù)的訪問權限，確保只有授權人員能夠訪問和處理數(shù)據(jù)。加強對數(shù)據(jù)安全的監(jiān)管力度，對違規(guī)操作和數(shù)據(jù)泄露行為進行嚴厲處罰，保障用戶的合法權益。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺助力有序充電開展

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

3.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

3.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

3.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

3.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置，同時可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4、結論與展望

本文深入探討了基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化問題，通過對多時段動態(tài)電價機制的剖析，明確了其在反映電力供需關系、引導用戶合理用電方面的顯著優(yōu)勢，同時也指出了在實際推行過程中面臨的用戶接受度、價格波動風險以及數(shù)據(jù)安全與隱私保護等挑戰(zhàn)。

同時，從用戶、電網(wǎng)和環(huán)境等多個角度綜合評估了有序充電策略的效益，進一步證明了其在電動汽車充電管理中的重要價值。

參考文獻：

[1]陳嘉德.基于多時段動態(tài)電價的電動汽車有序充電策略優(yōu)化

[2]胡澤春，宋永華，徐智威，等．電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版