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摘要：本文深入鉆研電動(dòng)車充電樁于電力系統(tǒng)布局及調(diào)度的問題，融合地理信息系統(tǒng)與電網(wǎng)模型，綜合考慮電力供應(yīng)能力、民眾電動(dòng)車出行需求以及充電設(shè)備安全等要素，構(gòu)建多因多目標(biāo)優(yōu)化模型，精準(zhǔn)確定充電樁的最優(yōu)布局方案。同時(shí)，結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行模式、電網(wǎng)狀況及充電樁運(yùn)營成本，設(shè)計(jì)出充電樁調(diào)度模型，并運(yùn)用啟發(fā)式算法得出最佳調(diào)度策略。研究成果顯示，此方案顯著優(yōu)化了充電樁的布局與調(diào)度，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，削減運(yùn)營成本，充分滿足電動(dòng)車用戶充電需求，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車可持續(xù)發(fā)展意義重大，兼具理論與實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車充電樁；布局調(diào)度；多目標(biāo)優(yōu)化；啟發(fā)式算法；運(yùn)行效率

1 電動(dòng)車充電樁在電力系統(tǒng)中的作用與挑戰(zhàn)

1.1 基本功能與需求
電動(dòng)車充電樁作為電源網(wǎng)絡(luò)與電動(dòng)車的關(guān)鍵連接點(diǎn)，核心任務(wù)是為電動(dòng)車輸送電力以實(shí)現(xiàn)充電。其需求涵蓋：提供穩(wěn)定電力，滿足電動(dòng)車快速充電所需功率輸出；適配多種充電接口，應(yīng)對(duì)不同車型；具備數(shù)據(jù)交互與檢測能力，可實(shí)時(shí)監(jiān)測充電狀態(tài)并收集數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析決策。

1.2 布局的系統(tǒng)性挑戰(zhàn)
充電樁布局旨在使電池加注設(shè)施在特定區(qū)域達(dá)成理想分布，以契合電動(dòng)車供電訴求。其布局受電動(dòng)車聚集特性影響，多集中于停車區(qū)、商業(yè)街道等場所。同時(shí)，需兼顧電力系統(tǒng)負(fù)荷能力與接入約束，防范因大量電動(dòng)車同時(shí)充電引發(fā)的電網(wǎng)電壓不穩(wěn)及供電短缺問題，且要考量城市發(fā)展與交通運(yùn)輸綜合效應(yīng)，確保充電樁建設(shè)契合城市土地規(guī)劃，融入現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)，為電動(dòng)車提供便捷充電服務(wù)。

1.3 調(diào)度的優(yōu)化需求
電動(dòng)車充電樁調(diào)度著重于高效管理充電樁資源，滿足不同車輛充電需求。具體包括：依據(jù)電動(dòng)車充電需求及優(yōu)先級(jí)分配資源，優(yōu)先保障緊急充電需求；結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行狀況與負(fù)荷平衡，遵循電網(wǎng)負(fù)荷分配策略，動(dòng)態(tài)調(diào)度充電樁資源，維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定；考慮電價(jià)因素，助力電動(dòng)車選擇適宜充電樁與充電策略。

2 多目標(biāo)優(yōu)化模型的構(gòu)建與求解

2.1 基于地理信息系統(tǒng)與電網(wǎng)模型的布局優(yōu)化模型
地理信息系統(tǒng)（GIS）負(fù)責(zé)收集充電需求及充電樁地理分布信息，如道路網(wǎng)絡(luò)、用地狀態(tài)和人口密集程度等，為合理布局提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，以便精準(zhǔn)分析實(shí)際充電需求與充電樁分布狀況，制定有效布局方案。電網(wǎng)模型涵蓋輸電線、變電場及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等信息，能預(yù)測不同地區(qū)充電需求及充電樁對(duì)電力系統(tǒng)的影響?；诖藰?gòu)建的充電樁布局優(yōu)化模型，旨在滿足充電需求的同時(shí)，降低電力系統(tǒng)與充電樁建設(shè)成本，綜合考量充電樁容量、數(shù)量及位置等因素。該模型可借助遺傳算法、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化算法等啟發(fā)式算法求解，依據(jù)具體問題特點(diǎn)與約束條件選擇合適算法獲取近似最優(yōu)方案。

2.2 考慮電力運(yùn)行方式與電網(wǎng)狀態(tài)的調(diào)度優(yōu)化模型
充電樁調(diào)度需依據(jù)充電需求與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，合理安排充電樁輸出功率與充電時(shí)段，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并滿足充電需求。構(gòu)建調(diào)度優(yōu)化模型時(shí)，需考慮電力系統(tǒng)運(yùn)行方式（包括傳統(tǒng)發(fā)電與可再生能源發(fā)電），據(jù)此制定充電使用策略，降低對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電的依賴。同時(shí)，將電網(wǎng)狀態(tài)（如電力負(fù)荷、供給和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞刃畔ⅲ┘{入考量，合理調(diào)配充電樁充電功率與時(shí)段，降低電力系統(tǒng)負(fù)荷峰值，優(yōu)化電力供給，減少輸電損耗。此模型目標(biāo)為在滿足充電需求與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行前提下，最大化充電樁利用率與電力系統(tǒng)效率。

2.3 啟發(fā)式算法的應(yīng)用
啟發(fā)式算法在充電樁布局與調(diào)度優(yōu)化中應(yīng)用廣泛，可通過搜索與優(yōu)化獲取近似最優(yōu)解。在布局優(yōu)化中，依據(jù)充電需求與地理信息等因素，確定合適的充電樁容量、數(shù)量與位置，最大程度滿足充電需求并降低成本。在調(diào)度優(yōu)化中，根據(jù)電力運(yùn)行方式與電網(wǎng)狀態(tài)，合理安排充電樁輸出功率與充電時(shí)段，減少電力系統(tǒng)負(fù)荷峰值、優(yōu)化供給并降低輸電損耗。啟發(fā)式算法優(yōu)勢顯著，能在較短時(shí)間內(nèi)求解近似最優(yōu)解，適用于大規(guī)模充電樁布局與調(diào)度優(yōu)化問題，具有良好的魯棒性與適應(yīng)性，可靈活應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)變化與不確定性。未來，其在該領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，隨著電動(dòng)車普及與電力系統(tǒng)發(fā)展，將成為重要研究方向，推動(dòng)電動(dòng)車高效充電與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，助力電動(dòng)車可持續(xù)發(fā)展。

3 優(yōu)化方法的效果評(píng)估與應(yīng)用前景

3.1 實(shí)驗(yàn)方法與評(píng)估指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)仿真模型，選取城市密集區(qū)域?yàn)閳鼍埃C合地理信息系統(tǒng)、電網(wǎng)模型及實(shí)際電力運(yùn)營方式等因素，設(shè)定電動(dòng)車數(shù)量、使用頻率及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等需求場景，模擬充電樁布局與調(diào)度策略，經(jīng)多次迭代獲取最優(yōu)或近似最優(yōu)方案，并引入啟發(fā)式算法進(jìn)一步優(yōu)化。評(píng)估指標(biāo)涵蓋充電樁布局合理性（依據(jù)地理信息系統(tǒng)評(píng)估空間分布能否及時(shí)滿足充電需求）、調(diào)度效率（反映電動(dòng)車充電等待時(shí)間，依據(jù)調(diào)度策略、充電需求動(dòng)態(tài)變化及充電樁實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)評(píng)估）、電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性（衡量電力系統(tǒng)健康運(yùn)行，包括電動(dòng)車充電對(duì)電網(wǎng)載流量、電壓等參數(shù)的影響）以及運(yùn)營成本合理性（采用生命周期成本法，綜合電動(dòng)車使用、充電樁建設(shè)及運(yùn)營管理等因素考量）。綜合這些指標(biāo)，可全面深入評(píng)估充電樁布局與調(diào)度優(yōu)化模型的有效性與可行性，未來研究將持續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法與評(píng)估指標(biāo)，推動(dòng)相關(guān)策略優(yōu)化工作進(jìn)展。

3.2 對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和成本的影響
優(yōu)化方法應(yīng)用于電動(dòng)車充電樁布局與調(diào)度，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和成本影響顯著。在運(yùn)行效率方面，布局優(yōu)化可均衡充電需求與電網(wǎng)供電能力，避免電網(wǎng)負(fù)荷過高，提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與充電服務(wù)效率，推動(dòng)電動(dòng)車普及；調(diào)度優(yōu)化能依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與電動(dòng)車充電需求實(shí)時(shí)調(diào)度，如夜間增快充速、高峰控速，增強(qiáng)電力系統(tǒng)負(fù)荷平滑程度，提高運(yùn)行效率。在運(yùn)行成本方面，布局優(yōu)化可減少冗余建設(shè)，降低充電樁建設(shè)與運(yùn)營成本，充分利用現(xiàn)有電力資源，減少新建電源或升級(jí)電網(wǎng)設(shè)施需求，降低總成本；調(diào)度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)充電峰谷錯(cuò)時(shí)，抑制電網(wǎng)高峰、填補(bǔ)谷部，使負(fù)荷更平滑，節(jié)省運(yùn)行成本，且電動(dòng)車充電設(shè)備的儲(chǔ)能特性經(jīng)調(diào)度優(yōu)化可進(jìn)一步降低成本，同時(shí)避免裝置過度運(yùn)行與磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)行維護(hù)成本，增強(qiáng)電力系統(tǒng)安全性。

4 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)選型方案

4.1 概述
AcrelCloud - 9000 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)接入的電動(dòng)自行車充電站及充電樁進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，涵蓋充電服務(wù)、支付管理、交易結(jié)算、資產(chǎn)管理、電能管理、明細(xì)查詢等功能，同時(shí)對(duì)充電樁各類故障進(jìn)行預(yù)警。充電樁支持以太網(wǎng)、4G 或 WIFI 接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

4.2 應(yīng)用場所
適用于民用建筑、工業(yè)建筑、居住小區(qū)、事業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等多種場所的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層（含電瓶車智能充電樁，采集充電回路電力參數(shù)、計(jì)量電能并保護(hù)，通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn) modbus - rtu）、網(wǎng)絡(luò)傳輸層（經(jīng) 4G 網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）、數(shù)據(jù)層（包含應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器，分別部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB 網(wǎng)站以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫）和客戶端層（系統(tǒng)管理員通過瀏覽器訪問平臺(tái)，終端用戶刷卡掃碼啟動(dòng)充電）。小區(qū)充電平臺(tái)具備充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，并為運(yùn)維人員提供運(yùn)維 APP，為充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)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。

4.4.3交易管理

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

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結(jié)束語

本研究針對(duì)電力系統(tǒng)中電動(dòng)車充電樁布局與調(diào)度優(yōu)化問題，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)與電網(wǎng)模型、多目標(biāo)優(yōu)化模型及啟發(fā)式算法構(gòu)建優(yōu)化方案，實(shí)踐表明該方案能提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低成本，滿足電動(dòng)車用戶充電需求，推動(dòng)電動(dòng)汽車可持續(xù)發(fā)展。然而，研究存在局限，如電動(dòng)車出行需求預(yù)測精度與電力系統(tǒng)供應(yīng)能力存在不確定性，優(yōu)化模型算法效率與穩(wěn)健性有待提升。未來將致力于改進(jìn)預(yù)測模型，增強(qiáng)供應(yīng)能力預(yù)測準(zhǔn)確性；優(yōu)化算法，提升求解效率與穩(wěn)健性；依據(jù)市場與技術(shù)發(fā)展趨勢，完善充電樁布局與調(diào)度策略，為電動(dòng)汽車發(fā)展提供更強(qiáng)技術(shù)支撐。

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審核編輯 黃宇