【ITBEAR】摘要：为了引导电动汽车有序充电，提出了一种考虑负荷时空均衡和弹性响应的电动汽车快充电价定价策略。引入交通流理论描述交通路网，建立电动汽车快充负荷时空分布模型；考虑配电网调度和电动汽车快充负荷的弹性需求，构建源-荷互动下的快充电价定价架构，并基于潮流追踪法从时空双维度推导快充电价的计算方法；在此基础上，计及电动汽车负荷弹性响应特性，以提升配电网的负荷均衡性为目标，建立快充电价定价策略，并通过迭代算法求解该定价策略。算例仿真结果表明，所提定价策略能够有效引导电动汽车进行有序快充，激励电动汽车用户与配电网友好互动，提升负荷的时空分布均衡性。
关键词：电动汽车；时空分布；快充电价；交通流；负荷均衡；弹性响应；源-荷互动；配电网
0引言
近年来，因为政策、成本、电池性能等利好因素，电动汽车（electricvehicle，EV）正在大规模普及。据公安部统计数据，截至2022年上半年，我国纯EV保有量已突破810.4万辆［1］。一方面，大规模接入电网的EV的无序充电行为（特别是随机快充行为），会对配电网的安全运行产生较为明显的影响，导致负荷分布不均匀、电压越限、线路阻塞、电能质量恶化等问题，影响配电网的安全稳定运行。另一方面，EV快充负荷具有时空灵活性，存在负荷需求弹性响应，可以通过合理的电价机制引导EV有序充电。
由于EV具有交通属性，交通路网的运行状态会影响EV的出行-充电行为，进而影响其快充负荷的时空分布，因此对EV快充负荷的引导需考虑交通流对用户出行-充电行为的影响。采用“速度流量”模拟EV的交通行驶特性，建立了“车-路-网”融合架构，分析了EV用户的充电行为。基于动态交通信息，从单体EV移动特性出发，考虑动态交通信息对EV充电行为的影响，模拟了区域EV充电负荷的时空分布。上述研究大多由单体EV充电模型通过简单叠加扩展至群体EV充电负荷，忽视了交通路网中出行者之间的相互博弈作用对EV出行-充电行为的影响。针对该问题，部分研究引入交通均衡理论模拟出行者在路径规划和充电决策中存在的相互影响。以EV通行时长、充电时长和充电费用为目标规划充电路径，建立了含EV和燃油汽车的混合交通流均衡模型，以模拟EV快充负荷规模，但只考虑了单一时间断面上的交通均衡状态。进一步地，考虑余流现象，建立了多时段的半动态交通均衡模型。
在此基础上，通常采用改变充电电价的方法来影响EV的出行-充电行为，进而改善EV快充负荷的时空分布均衡性。考虑EV在时间维度上具有需求响应特性，制定具有时间属性的电价可以引导用户对充电时段的选择，减小配电网负荷峰谷差。在传统峰谷分时电价的基础上，提出了计及EV负荷特性的动态分时定价策略来平抑负荷峰谷差，即根据前一个时段的电价、负荷水平、日平均负荷数据，制定后一个时段的电价。在传统分时电价和实时电价的基础上，考虑电网侧的调峰需求和用户侧的需求响应意愿，提出了一种分时电价优化方法，即根据EV接入电网后的负荷信息对电价进行动态更新。
时间维度上的电价策略主要针对EV到达目的地后进行慢充的充电场景，不适用于EV在途中充电需求的引导。部分研究通过制定具有空间属性的节点电价来引导用户对充电站点的选择，发掘EV的空间需求响应能力。以改善配电网的供电电压偏差指标——节点关键度为优化目标，提出了计及配电网电能质量及用户响应特性的充电服务费制定方法，其中充电服务费的制定需要满足快充站（fastchargingstation，FCS）总效益维持不变和可行区间约束。提出了基于虚拟负荷和充电站利用率均衡的充电站定价策略，其定价思路主要是根据每座充电站的虚拟负荷与所有充电站平均虚拟负荷之间的差值，优化各座充电站的充电电价，从而能够均衡充电站的利用率。
然而，上述充电定价策略侧重于考虑EV负荷侧的灵活响应，从充电站利益或电网安全性的角度研究充电电价的制定，忽略了配电网“源”的特性，而通过源-荷互动形式可以改善配电网的负荷不均衡，优化负荷曲线。为了充分调度电网侧的灵活性资源，引入配电系统运营商（distributtemoperator，DSO），其主要职责包括调度所辖配电区域内的分布式电源（distributedgeneration，DG），并发布充电电价信号以激励EV用户自发响应，实现EV用户与配电网电源的互动，引导充电负荷合理分布，供需双方利益，同时提高配电系统整体的运行安全性。
因此，本文首先通过半动态交通流分配模型模拟EV的行驶路径和充电决策，从而模拟多时段的EV快充负荷分布；然后，结合EV负荷的弹性响应和DSO电源出力调度，提出源-荷互动定价架构，并基于潮流追踪法分别从时间和空间维度推导电价的计算公式；进一步地，提出了考虑负荷均衡和弹性响应的快充电价定价策略。
1源-荷互动下的快充电价定价模式
在出行过程中，当EV的电池电量无法支撑其到达目的地或电池电量低于阈值时，EV用户产生快充需求。假设EV用户可以通过车联网系统获取交通路网的道路车流量、FCS车流量及充电电价信息，交通均衡理论已经描述了车流量对用户出行路径选择的影响。因此，本章首先分析充电电价对用户充电决策的引导机理，将DSO和FCS视作一个整体，由配电网调度机构整体调整FCS的充电电价，提出了一种DSO与EV用户互动的定价模式，并基于潮流追踪法推导了具有时空双维度的充电电价生成方法。
2.1充电电价对EV充电决策的引导机理
1）充电站点的选择。
对于同一时段内充电电价不同的充电站而言，根据EV用户的路径出行成本式（18），如果低充电电价的充电成本加上绕路时间成本仍小于高充电电价的充电成本，则用户会选择绕路充电，从而实现EV快充负荷的空间转移。
出行时刻的选择。与传统燃油汽车相比，EV具有出行弹性需求。EV的出行、充电需求受到充电时间和充电价格的影响，EV有可能为了避免漫长的充电排队时间或高昂的充电费用而主动改变出行时刻，使得EV出行需求时段和充电负荷发生转移。出行弹性需求描述了EV出行需求根据快充网络不同时段的电价进行弹性调节的规律。负荷维持均衡状态。
2.3具有时空特性的充电电价生成方法
在源-荷互动定价模式下，充电电价对EV充电决策的引导包括充电站点选择（空间属性）、出行时刻选择（时间属性），因此，有必要提出一种具有时空特性的充电电价生成方法。随着新型电力系统的发展，配电网从纯无源的受端系统逐渐转变为含DG的有源系统，因此考虑配电网“源”的灵活特性的电价制定需要反映电力资源在时空中的真实供需价值成本，体现电能的时间价格信号、空间位置价格信号。提出了一种基于潮流追踪法的输电网成本分摊方法，本文将其应用到配电网层面，形成具有时空属性的配电网节点成本电价。配电网节点成本电价由具有时间价格信号属性的发电成本、具有空间位置价格信号属性的配电线路成本两部分组成。
发电成本部分。DSO可调度的电力资源包括从上级ISO购电和所辖区域内的DG。将配电网内的购电节点和DG均视作发电节点，由此根据潮流追踪法可以推导得到节点成本电价中的发电成本分量。
配电线路成本部分。利用潮流跟踪法将配电网线路的固定成本公平合理地分摊到各节点，得到节点配电线路成本。
2安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案
2.1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。
2.2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。
2.3系统结构
2.4.3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。
2.4.4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。
2.4.5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。
2.4.6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。
2.4.7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
2.4.8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。
2.5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
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。
3结论
本文提出了一种考虑负荷时空均衡和弹性响应的快充电价定价策略，所得结论如下：
通过分析电价对用户决策的引导机理，建立了出行时段转移意愿的数学模型，表明弹性响应量与转移时段、敏感系数κ相关，转移时段越小，κ越小，则转移意愿越强； 利用潮流追踪法推导节点成本电价，具有时空引导属性，符合配电网前端接受能力越大的特点，有利于引导快充负荷转移到靠近供电节点的FCS； 基于源-荷互动定价模式架构，提出了快充电价优化模型，采用迭代算法求解可以有效收敛得到快充电价，该电价能够有效提升FCS利用率以及配电网负荷时空均衡性，有利于配电网的安全经济运行。本文提出的快充电价定价策略假设快充电价由DSO统一制定，然而，随着充电桩市场的快速发展，充电站的运营主体逐渐市场化。因此，研究FCS的市场运营机制将是下一步的方向。
安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士
