考慮負荷分布均衡的電動汽車充電定價策略與優化應用

安科瑞 劉邁

　　摘要：在環境污染加劇與能源危機凸顯的背景下，電動汽車憑借低排放、低噪音等顯著優勢，市場滲透率持續攀升。然而，電動汽車大規模無序接入電網充電，尤其在居民生活用電高峰時段集中充電，給電網安全穩定運行帶來嚴峻挑戰，如負荷峰值超限、供需平衡失調及電壓穩定性受損等。本文聚焦此問題，構建以 “削峰填谷" 為核心目標的住宅區內電動汽車充電電費定價雙層規劃模型。下層模型基于個人用戶視角，追求充電電費zui小化，精準確定充電負荷；上層模型從電網整體考量，聚焦負荷時間分布均衡，求解快、慢充分時電價，借助價格杠桿引導居民錯峰充電，算例驗證該策略使電網供電穩定性提升 57.66%，為實現電網與用戶雙贏提供創新思路與有效路徑。

　　關鍵詞：電動汽車；分時電價；雙層規劃模型；削峰填谷

　　一、引言

　　傳統化石能源漸趨枯竭，環境污染惡化，電動汽車作為新能源領域的關鍵力量，因其低污染、高能源轉換效率獲政策強力扶持，技術進步與成本優勢推動其shichang份額穩步上揚，有望逐步取代傳統燃油汽車。但電動汽車無序充電致電網負荷激增，威脅電網穩定，有序充電與合理定價策略成為研究熱點。本文立足價格維度，兼顧電網運營與用戶利益，以價格信號優化用戶充電行為，護航電網穩健運行。

　　二、問題背景

　　2.1 問題剖析

　　通勤族為主的電動汽車用戶多在住宅區充電，下班后用電高峰時段集中充電，使充電負荷與居民生活用電負荷高峰疊加，加劇電網供需矛盾，影響供電可靠性與電能質量，威脅電網基礎設施安全，甚至引發大面積停電事故，危及居民生活與社會經濟秩序，凸顯優化充電策略緊迫性。

　　2.2 問題假設

　　為簡化復雜現實場景，特作如下合理假設：

　　住宅區充電樁 “一車一樁"，用戶依電價獨立決策充電時段與方式，無相互干擾。

　　用戶充電需求電量在停車時長內可滿足，不超充電樁供電能力。

　　分時電價實施前，用戶歸家即啟動慢充，充電行為單一且集中。

　　固定充電方式下，電動汽車電池電量隨時間線性變化，便于建模分析。

　　三、模型構建

　　電網總負荷涵蓋電動汽車充電負荷與小區基礎負荷，前者受各車充電方案左右，而充電方案又取決于充電電價，三者相互關聯、動態影響，形成閉環反饋機制，是模型構建關鍵邏輯鏈。

　　3.1 下層模型

　　以小時為粒度細分一天為 24 時段（t = 1, 2, …, 24），聚焦小區電動汽車用戶。設電動汽車集合 N = {1, 2, …, k}，車 n 可充電時段始于歸家時刻 shn，終于離家時刻 ehn，依用戶出行規律與充電需求電量 Q 規劃各時段充電方案。目標函數為車 n 充電成本zui小化，即各時段不同充電方式電量與對應電價乘積之和zui小，輸出zuiyou充電策略，兼顧用戶經濟成本與充電需求滿足度，提升用戶參與錯峰積極性。

　　3.2 上層模型

　　聚焦小區電網全局，綜合考量居民生活基礎負荷與電動汽車充電負荷交互影響，權衡電網波動平抑與用戶電費合理波動。目標為zui小化 24 時段總負荷標準差與電價調整前后用戶充電總費用變化，求解各時段快、慢充分時電價，協調電網穩定性與用戶經濟承受力，保障電力供應商合理收益，維護電力市場健康可持續發展生態。

　　在摘要中加入電動汽車無序充電的危害推薦一些考慮負荷分布均衡的電動汽車充電定價策略與應用的論文電動汽車充電定價策略的研究現狀和發展趨勢

　　四、 應用方案

圖1 有序充電管理系統示意圖

圖2平臺結構圖

　　充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數進行實時監控，及時發現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網造成過大的負荷。

　　五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

　　平臺除了對充電樁的監控外，還對充電站的光伏發電系統、儲能系統以及供電系統進行集中監控和統一協調管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營成本，平臺系統架構如圖3所示。

圖3 充電樁運營管理平臺系統架構

　　大屏顯示：展示充電站設備統計、使用率排行、運營統計圖表、節碳量統計等數據。

　　圖4 大屏展示界面

　　站點監控：顯示設備實時狀態、設備列表、設備日志、設備狀態統計等功能。

圖5 站點監控界面

　　設備監控：顯示設備實時信息、配套設備狀態、設備實時曲線、關聯訂單信息、充電功率曲線等。

圖6 設備監控界面

　　運營趨勢統計：顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。

圖7 運營趨勢界面

　　收益查詢：提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖8 收益查詢界面

　　故障分析：提供故障匯總、故障狀態餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

圖9 故障分析界面

　　訂單記錄：提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營商應收信息、充電明細、交易流水查詢、充值余額明細等功能。

圖10 訂單查詢界面

　　六、產品選型

　　安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業快速、經濟、智能運營管理的市場需求。實現對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時為提高公共充電樁的效率和實用性，具有有智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進行升級；保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合國標的電動汽車，適應不同車型的不同功率。下面是具體產品的型號和技術參數。

　　七、現場圖片

　　八、結論

　　針對住宅區內大規模電動汽車無序接人電網的現象建立雙層規劃模型，為一天24個時段分別制定不同的電價,下層模型利用上層得到的分時電價,引導每名電動汽車用戶錯峰充電,保證所有用戶充電費用最小化,將下層模型得到的充電負荷輸人上層優化分時電價,逐漸平抑電網波動，“削峰填谷"保證電網安全。

　　1)優化模型不但大大減小了電網負荷波動,供電穩定性提高 57.66%,也一定程度降低了用戶的充電費用,電動汽車的充電時長平均減少 29.17%。

　　2)該模型在優化適用時間上沒有限制,也可適用于周末節假日時期。

　　3)電動汽車用戶的歸家、離家時間具有很強的隨機性,以后還應考慮這一因素,加強模型的魯棒性;另外小區電動汽車充電樁數量有限,本文考慮的是所有電動汽車“一車一樁"的情況,未來還可以進一步分析共享充電樁下的電動汽車充電定價策略。