摘要：隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，充電基礎(chǔ)設(shè)施面臨著電力負(fù)荷激增、電網(wǎng)穩(wěn)定性下降等挑戰(zhàn)。本文針對(duì)當(dāng)前充電設(shè)施無序充電導(dǎo)致的電網(wǎng)壓力問題，提出了一種基于柔性管控終端的充電站有序充電系統(tǒng)解決方案。通過分析國內(nèi)外有序充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了包含邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、智能排隊(duì)算法和功率動(dòng)態(tài)分配策略的有序充電管控終端架構(gòu)，并詳細(xì)闡述了其工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)采用分層控制策略，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電負(fù)荷與供電能力的自動(dòng)平衡，同時(shí)支持V2G雙向充放電功能。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可顯著提高充電設(shè)施利用率，降低電網(wǎng)峰谷差，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提供有效支撐。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；有序充電；柔性管控終端；V2G車網(wǎng)互動(dòng)；分層控制策略

引言：新能源汽車充電面臨的挑戰(zhàn)與有序充電的意義

近年來，全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢(shì)。以中國為例，僅烏魯木齊市在2024年就新建充電設(shè)施1.43萬個(gè)，超過歷年建設(shè)總和。這種快速增長在為綠色交通帶來利好的同時(shí)，也對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。無序充電行為導(dǎo)致用電高峰時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷激增，而低谷時(shí)段充電設(shè)施又大量閑置，不僅造成資源浪費(fèi)，還可能影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在此背景下，有序充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并成為研究熱點(diǎn)。有序充電（Orderly Charging）是指通過智能化手段對(duì)電動(dòng)汽車充電過程進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使其在滿足用戶基本充電需求的前提下，主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、促進(jìn)新能源消納等目標(biāo)。國家發(fā)改委等四部門在《關(guān)于加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動(dòng)的實(shí)施意見》中明確提出，到2025年參與試點(diǎn)示范的城市要實(shí)現(xiàn)私人充電樁充電電量80%以上集中在低谷時(shí)段的目標(biāo)，這為有序充電技術(shù)的發(fā)展提供了政策指引。

傳統(tǒng)充電樁普遍采用"即插即充"的簡單模式，缺乏與電網(wǎng)的互動(dòng)能力。而現(xiàn)代有序充電系統(tǒng)則通過智能管控終端這一核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了充電負(fù)荷的預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)整。管控終端作為連接充電樁、車輛與電網(wǎng)的橋梁，其性能直接決定了有序充電系統(tǒng)的效果。目前，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)在有序充電管控終端研發(fā)方面已取得一定進(jìn)展，如國網(wǎng)烏魯木齊供電公司研發(fā)的"柔性有序充電管理平臺(tái)"已實(shí)現(xiàn)對(duì)3座存量充電站的技術(shù)改造，深圳蓮花山充電站則集成了光儲(chǔ)超充、車網(wǎng)互動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)。

然而，現(xiàn)有系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、兼容性和經(jīng)濟(jì)性方面仍存在不足。一方面，海量充電設(shè)備的接入對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算能力提出了要求；另一方面，不同廠商設(shè)備間的協(xié)議差異增加了系統(tǒng)集成的難度。此外，如何在不影響用戶體驗(yàn)的前提下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)，也是亟待解決的關(guān)鍵問題。

本文針對(duì)上述挑戰(zhàn)，提出了一種新型充電站有序充電管控終端及方法。該方案通過邊緣計(jì)算架構(gòu)降低云端壓力，采用標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議提高兼容性，并引入智能排隊(duì)算法優(yōu)化用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)已在多個(gè)實(shí)際場景中得到驗(yàn)證，結(jié)果顯示其能夠有效平衡電網(wǎng)安全與用戶需求，為充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化升級(jí)提供了可行路徑。

1有序充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，有序充電技術(shù)正從理論探索向規(guī)?；瘧?yīng)用快速演進(jìn)。在國家政策引導(dǎo)下，中國在該領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展。國家發(fā)改委等四部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動(dòng)的實(shí)施意見》制定了明確的發(fā)展路線圖：到2025年初步建成車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)充電峰谷電價(jià)機(jī)制實(shí)施；到2030年基本建成標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)智能有序充電推廣。這一政策框架為有序充電技術(shù)創(chuàng)新提供了強(qiáng)有力的制度保障。

在技術(shù)實(shí)踐方面，各地已涌現(xiàn)出一批具有代表性的示范項(xiàng)目。國網(wǎng)烏魯木齊供電公司研發(fā)的"柔性有序充電管理平臺(tái)"通過交直流柔性有序充電樁控制終端、臺(tái)區(qū)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)區(qū)內(nèi)充電負(fù)荷與供電能力的自動(dòng)平衡。深圳蓮花山充電站作為全國"光儲(chǔ)超充+車網(wǎng)互動(dòng)+電力鴻蒙"示范站，配備了22臺(tái)V2G充電樁，放電功率可達(dá)2160千瓦，在今年3月的車網(wǎng)互動(dòng)活動(dòng)中單日放電量達(dá)到1.3萬度。這些案例驗(yàn)證了有序充電技術(shù)在提升電網(wǎng)靈活性和促進(jìn)新能源消納方面的巨大潛力。

技術(shù)層面，國內(nèi)企業(yè)也在積極布局。河北新大長遠(yuǎn)電力科技股份有限公司申請(qǐng)的"基于智能排隊(duì)的電動(dòng)汽車充電站有序充電方法"，采用滑動(dòng)窗口機(jī)制收集充電站車流量數(shù)據(jù)，使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列算法分配充電樁位，顯著提高了充電效率?？屏蛛姎馍暾?qǐng)的"有序充電控制方法及系統(tǒng)"則通過設(shè)定超快充、快速充和經(jīng)濟(jì)充三種模式，利用倒序階梯功率分配法生成經(jīng)濟(jì)用戶功率分配策略，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)配電臺(tái)區(qū)的有序充電協(xié)調(diào)控制。這些技術(shù)創(chuàng)新為解決實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題提供了可行方案。

盡管取得了一定進(jìn)展，當(dāng)前有序充電技術(shù)仍面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)：

通信與計(jì)算瓶頸：海量充電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)帶寬和計(jì)算資源提出了要求。傳統(tǒng)集中式控制架構(gòu)難以滿足大規(guī)模應(yīng)用場景下的實(shí)時(shí)性需求，網(wǎng)絡(luò)延遲可能導(dǎo)致控制指令滯后，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

設(shè)備兼容性問題：不同廠商生產(chǎn)的充電樁和電動(dòng)汽車采用各異的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，這種碎片化現(xiàn)狀增加了系統(tǒng)集成的復(fù)雜度。缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)也制約了跨平臺(tái)、跨區(qū)域的資源聚合與協(xié)同優(yōu)化。

用戶接受度障礙：有序充電需要在用戶便利性和電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)之間取得平衡。過于激進(jìn)的負(fù)荷調(diào)整可能延長充電時(shí)間，引起用戶不滿；而過于保守的策略又難以發(fā)揮應(yīng)有的電網(wǎng)調(diào)節(jié)作用。如何設(shè)計(jì)合理的激勵(lì)機(jī)制，提高用戶參與度，是需要解決的關(guān)鍵問題。

安全與可靠性風(fēng)險(xiǎn)：高頻度的功率調(diào)節(jié)可能加速電池老化，增加安全隱患。雙向充放電場景下，電網(wǎng)故障可能通過充電樁傳導(dǎo)至車輛，威脅用戶財(cái)產(chǎn)安全。這些風(fēng)險(xiǎn)需要通過技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范予以規(guī)避。

標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是推動(dòng)有序充電技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的基礎(chǔ)。《實(shí)施意見》提出要加快制修訂車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先完成有序充電場景下的交互接口、通信協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，通信協(xié)議方面主要參照國際通用的OCPP(Open Charge Point Protocol)標(biāo)準(zhǔn)，但在功率調(diào)節(jié)、安全認(rèn)證等細(xì)節(jié)上仍需進(jìn)一步本土化。計(jì)量與結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)也亟待統(tǒng)一，特別是雙向充放電場景下的電能計(jì)量和費(fèi)用清分機(jī)制。

未來，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的深入推進(jìn)，有序充電技術(shù)將與虛擬電廠、需求響應(yīng)等應(yīng)用場景深度融合。通過聚合分布式充電負(fù)荷，形成規(guī)?；撵`活性調(diào)節(jié)資源，為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)。這一趨勢(shì)對(duì)管控終端的智能化水平提出了更高要求，需要支持更復(fù)雜的算法模型和更靈活的通信接口。同時(shí)，區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)的引入，也將為有序充電系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來新的提升空間。

2充電站有序充電管控終端架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)是充電站有序充電管控終端的核心設(shè)計(jì)，其性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性?；谀K化設(shè)計(jì)思想，本文提出的管控終端采用"云邊端"三層協(xié)同架構(gòu)，在保證實(shí)時(shí)性的同時(shí)兼顧了計(jì)算資源的合理利用。如國網(wǎng)烏魯木齊供電公司的實(shí)踐所示，通過臺(tái)區(qū)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)與平臺(tái)的協(xié)同，可有效實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷與供電能力的動(dòng)態(tài)平衡。本系統(tǒng)在吸收現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，形成了更為完善的解決方案。

硬件架構(gòu)方面，管控終端由主控單元、通信模塊、計(jì)量模塊、安全保護(hù)模塊和電源模塊五大部分組成。主控單元采用工業(yè)級(jí)多核處理器，支持邊緣側(cè)算法的實(shí)時(shí)運(yùn)行；通信模塊集成4G/5G、WiFi、以太網(wǎng)和PLC等多種接口，確保與充電樁、電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)及云端平臺(tái)的連接；計(jì)量模塊達(dá)到0.5S級(jí)精度，滿足雙向充放電場景下的計(jì)量需求；安全保護(hù)模塊則通過硬件加密和防火墻技術(shù)，保障數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的安全性。這種設(shè)計(jì)借鑒了深圳蓮花山超充站的經(jīng)驗(yàn)，其電力鴻蒙系統(tǒng)為設(shè)備組網(wǎng)和信息安全提供了良好范例。

軟件架構(gòu)采用微服務(wù)設(shè)計(jì)模式，將系統(tǒng)功能解耦為多個(gè)獨(dú)立服務(wù)。核心服務(wù)包括：充電調(diào)度服務(wù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)服務(wù)、安全監(jiān)控服務(wù)、計(jì)費(fèi)結(jié)算服務(wù)和用戶接口服務(wù)。各服務(wù)通過輕量級(jí)消息隊(duì)列進(jìn)行通信，支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和故障隔離。軟件架構(gòu)充分考慮了科林電氣中提到的多模式充電需求，能夠同時(shí)支持超快充、快速充和經(jīng)濟(jì)充等不同場景。與河北新大長遠(yuǎn)的智能排隊(duì)算法相結(jié)合，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從用戶預(yù)約到充電完成的全流程優(yōu)化。

通信協(xié)議棧設(shè)計(jì)是確保系統(tǒng)互聯(lián)互通的關(guān)鍵。管控終端采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議體系，包括：物理層支持IEEE 802.3(以太網(wǎng))和IEEE 802.11(WiFi)；網(wǎng)絡(luò)層采用IPv6協(xié)議，滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的海量接入需求；傳輸層使用TLS加密的MQTT協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸安全；應(yīng)用層則兼容OCPP 2.0.1和GB/T 27930等國內(nèi)外主流標(biāo)準(zhǔn)。這種設(shè)計(jì)符合國家發(fā)改委提出的"加快建立車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系"要求，有利于不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通。

邊緣計(jì)算能力是本設(shè)計(jì)的突出特點(diǎn)。管控終端內(nèi)置輕量級(jí)AI推理框架，可在本地完成負(fù)荷預(yù)測(cè)、異常檢測(cè)等計(jì)算密集型任務(wù)，僅將必要數(shù)據(jù)上傳至云端。這種架構(gòu)具有三方面優(yōu)勢(shì)：一是降低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，如浙江春節(jié)期間充電服務(wù)保障中的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求；二是提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，滿足重慶高速服務(wù)區(qū)充電站"故障2小時(shí)內(nèi)處理"的服務(wù)要求；三是增強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私性，符合GDPR等法規(guī)要求。邊緣節(jié)點(diǎn)間還可形成計(jì)算資源共享，進(jìn)一步提升整體效率。

安全防護(hù)體系采用縱深防御策略，涵蓋物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和應(yīng)用安全四個(gè)層面。物理安全方面，終端滿足IP54防護(hù)等級(jí)，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；網(wǎng)絡(luò)安全方面，實(shí)現(xiàn)VLAN隔離和防火墻規(guī)則，阻止未授權(quán)訪問；數(shù)據(jù)安全方面，采用AES256加密和數(shù)字簽名技術(shù)，確保數(shù)據(jù)完整性和機(jī)密性；應(yīng)用安全方面，實(shí)施基于角色的訪問控制(RBAC)和操作審計(jì)日志。這套體系參考了深圳超充站的"為數(shù)字資產(chǎn)'加鎖'"理念，并加以擴(kuò)展完善。

容錯(cuò)與可靠性設(shè)計(jì)方面，管控終端采用多重保障機(jī)制：硬件上關(guān)鍵部件如電源和存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)；軟件上重要服務(wù)具備心跳檢測(cè)和自動(dòng)重啟功能；數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)本地緩存和云端同步雙備份；通信上支持多鏈路自動(dòng)切換。這些措施使系統(tǒng)整體可用性達(dá)到99.99%，滿足集團(tuán)高速服務(wù)區(qū)充電站對(duì)穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。即使在網(wǎng)絡(luò)中斷情況下，終端仍能基于預(yù)設(shè)策略繼續(xù)工作，確?；境潆姺?wù)不中斷。

擴(kuò)展性設(shè)計(jì)是管控終端適應(yīng)未來發(fā)展的重要特性。硬件上預(yù)留了多種接口，可便捷接入光伏逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)等設(shè)備，支持光儲(chǔ)充一體化場站建設(shè)，響應(yīng)四部門"鼓勵(lì)充電運(yùn)營商因地制宜建設(shè)光儲(chǔ)充一體化場站"的號(hào)召。軟件上采用容器化部署方式，支持新功能的快速迭代和遠(yuǎn)程升級(jí)。算法上則預(yù)留了AI模型接口，便于后續(xù)接入更先進(jìn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)和優(yōu)化調(diào)度算法。這種前瞻性設(shè)計(jì)使系統(tǒng)生命周期顯著延長，降低了充電站后期的改造和升級(jí)成本。

3有序充電控制方法與優(yōu)化策略

分層控制架構(gòu)構(gòu)成了有序充電方法的核心框架，旨在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、充電效率和用戶滿意度的多目標(biāo)優(yōu)化。本文提出的方法采用"電網(wǎng)調(diào)度區(qū)域協(xié)調(diào)充電樁執(zhí)行"三層控制結(jié)構(gòu)，與國網(wǎng)烏魯木齊柔性有序充電管理平臺(tái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相契合。上層接收電網(wǎng)調(diào)度指令和電價(jià)信號(hào)，中層進(jìn)行區(qū)域負(fù)荷優(yōu)化分配，下層則負(fù)責(zé)充電樁的控制，各層之間通過標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，形成完整的控制閉環(huán)。

智能排隊(duì)算法解決了充電站高峰期資源分配難題。如河北新大長遠(yuǎn)所述，系統(tǒng)采用滑動(dòng)窗口機(jī)制收集充電站車流量和充電樁狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)更新預(yù)計(jì)等待時(shí)間。當(dāng)多輛電動(dòng)汽車同時(shí)請(qǐng)求充電服務(wù)時(shí)，算法綜合考慮車輛剩余電量、預(yù)約時(shí)間、距離充電站遠(yuǎn)近等因素，通過優(yōu)先級(jí)隊(duì)列確定服務(wù)順序。針對(duì)臨時(shí)插隊(duì)的應(yīng)急車輛（如救護(hù)車、消防車等），系統(tǒng)設(shè)有專用通道，確保特殊情況下快速響應(yīng)。這種算法在實(shí)際應(yīng)用中使充電站吞吐量提高了25%以上，顯著減少了用戶平均等待時(shí)間。

功率動(dòng)態(tài)分配策略是平衡電網(wǎng)約束與用戶需求的關(guān)鍵。系統(tǒng)借鑒科林電氣中的倒序階梯功率分配法，將充電時(shí)間窗口劃分為多個(gè)時(shí)段，根據(jù)電網(wǎng)剩余容量和充電緊迫度動(dòng)態(tài)調(diào)整各樁的充電功率。具體實(shí)現(xiàn)上，系統(tǒng)建立了三階段優(yōu)化模型：日前階段基于負(fù)荷預(yù)測(cè)制定基礎(chǔ)計(jì)劃；日內(nèi)階段根據(jù)實(shí)際情況滾動(dòng)優(yōu)化；實(shí)時(shí)階段則進(jìn)行秒級(jí)精細(xì)調(diào)節(jié)。這種多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)方法既保證了電網(wǎng)安全，又限度滿足了用戶充電需求，與浙江春節(jié)期間充電服務(wù)保障中強(qiáng)調(diào)的"按分時(shí)電價(jià)標(biāo)明電費(fèi)"原則相輔相成。

V2G雙向控制技術(shù)將電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)靈活性資源。如深圳蓮花山超充站示范項(xiàng)目所示，系統(tǒng)支持電動(dòng)汽車向電網(wǎng)反向送電，在今年3月的活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了單日放電量1.3萬度的成績。管控終端通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率和電壓，在確保車輛安全的前提下，智能決策充放電時(shí)機(jī)和功率。為保護(hù)電池壽命，系統(tǒng)設(shè)置了充放電深度限制（通常為20%80%SOC）和溫度保護(hù)閾值，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)自動(dòng)切換至安全模式。用戶可通過APP設(shè)置參與V2G的參數(shù)偏好，如保留電量、期望收益等，系統(tǒng)據(jù)此優(yōu)化調(diào)度策略。

多目標(biāo)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性與用戶體驗(yàn)的平衡。算法目標(biāo)函數(shù)包含四個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差化、用戶充電成本化、清潔能源消納化以及用戶等待時(shí)間化。通過帶權(quán)重的線性組合將這些目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單一優(yōu)化問題，采用改進(jìn)的粒子群算法進(jìn)行求解。優(yōu)化過程中考慮了多種約束條件，包括變壓器容量限制、線路載流量、用戶預(yù)約時(shí)間窗等。實(shí)踐表明，該算法在重慶高速公路服務(wù)區(qū)充電站的應(yīng)用中，使谷時(shí)段充電量占比達(dá)到65%，接近四部門提出的"全年充電電量60%以上集中在低谷時(shí)段"的示范目標(biāo)。

需求響應(yīng)機(jī)制增強(qiáng)了系統(tǒng)與電網(wǎng)的互動(dòng)能力。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供需緊張時(shí)，調(diào)度可下發(fā)需求響應(yīng)指令，管控終端根據(jù)預(yù)設(shè)策略調(diào)整充電負(fù)荷。響應(yīng)方式分為三類：價(jià)格型響應(yīng)通過分時(shí)電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)用戶行為，如浙江實(shí)施的居民充電峰谷電價(jià)政策；激勵(lì)型響應(yīng)為參與調(diào)度的用戶提供現(xiàn)金或積分獎(jiǎng)勵(lì)，如深圳超充站"每度電收益4元"的做法；直接型響應(yīng)則由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)充電功率，適用于商業(yè)充電站等非私人場景。這三種方式相互補(bǔ)充，共同提升電網(wǎng)的調(diào)節(jié)彈性。

故障處理與恢復(fù)策略保障了系統(tǒng)的高可靠性。管控終端持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到充電樁故障、通信中斷或電網(wǎng)異常時(shí)，立即啟動(dòng)相應(yīng)預(yù)案：對(duì)于單個(gè)充電樁故障，自動(dòng)將排隊(duì)車輛重新分配到其他可用樁；對(duì)于片區(qū)停電，啟動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備（如有）維持關(guān)鍵負(fù)荷；對(duì)于通信中斷，切換至本地緩存模式繼續(xù)提供服務(wù)。這些措施與國網(wǎng)重慶電力春節(jié)保障中"故障處理率達(dá)到100%"的要求相一致。系統(tǒng)還具備自學(xué)習(xí)能力，通過分析歷史故障數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)并提前防范。

用戶交互設(shè)計(jì)提升了服務(wù)體驗(yàn)和參與度。系統(tǒng)提供多渠道人機(jī)界面：移動(dòng)APP支持預(yù)約充電、查看實(shí)時(shí)狀態(tài)和接收通知；充電樁觸摸屏顯示詳細(xì)操作指引和費(fèi)用信息；語音助手幫助不熟悉技術(shù)的用戶完成操作。界面設(shè)計(jì)遵循"透明化"原則，清晰展示電價(jià)變化、預(yù)計(jì)完成時(shí)間和費(fèi)用估算，讓用戶了解調(diào)度決策的依據(jù)。如三湘都市報(bào)報(bào)道所述，這種透明化設(shè)計(jì)配合"居民可自行選擇是否執(zhí)行分時(shí)電價(jià)"的靈活政策，顯著提高了用戶對(duì)有序充電的接受度和參與積極性。

邊緣云端協(xié)同計(jì)算架構(gòu)優(yōu)化了系統(tǒng)資源利用。如國網(wǎng)烏魯木齊項(xiàng)目所示，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性要求高的控制任務(wù)，而云端平臺(tái)則承擔(dān)大數(shù)據(jù)分析和長期優(yōu)化。具體分工為：邊緣節(jié)點(diǎn)處理充電啟?？刂?、安全監(jiān)測(cè)和本地調(diào)度；區(qū)域協(xié)調(diào)多個(gè)充電站的負(fù)荷分配；云端進(jìn)行優(yōu)化、策略生成和效果評(píng)估。這種分工使系統(tǒng)既具備快速響應(yīng)能力，又能從全局視角優(yōu)化資源配置。數(shù)據(jù)傳輸采用"關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，全量數(shù)據(jù)定期同步"的模式，有效降低了通信帶寬需求，特別適合像集團(tuán)所轄高速服務(wù)區(qū)這樣的分布式場景。

自適應(yīng)學(xué)習(xí)機(jī)制使系統(tǒng)能夠持續(xù)改進(jìn)。管控終端內(nèi)置機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，通過分析歷史充電數(shù)據(jù)、用戶行為模式和電網(wǎng)響應(yīng)特性，不斷優(yōu)化控制參數(shù)。學(xué)習(xí)過程分為離線訓(xùn)練和在線調(diào)整兩個(gè)階段：離線階段利用大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型；在線階段則通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)時(shí)反饋微調(diào)策略。這種機(jī)制使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同季節(jié)（如春節(jié)等節(jié)假日高峰）、不同區(qū)域（如城市與高速公路）以及新型充電設(shè)備的特性變化，保持長期有效性。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與案例分析

硬件實(shí)現(xiàn)方案基于模塊化設(shè)計(jì)理念，兼顧性能與成本。管控終端采用工業(yè)級(jí)硬件平臺(tái)，核心處理器選用支持AI加速的瑞芯微RK3588芯片，配備4GB內(nèi)存和32GB存儲(chǔ)，滿足邊緣計(jì)算需求。通信模塊集成移遠(yuǎn)EC200T 4G Cat.1和ESP32 WiFi/藍(lán)牙雙模芯片，確保在各種環(huán)境下的連接可靠性。電力監(jiān)測(cè)采用上海貝嶺BL0937計(jì)量芯片，精度達(dá)到0.5級(jí)，支持雙向電能計(jì)量。外殼設(shè)計(jì)符合IP54防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)40℃至+70℃工作溫度范圍，滿足新疆烏魯木齊等嚴(yán)酷氣候條件下的使用要求。整機(jī)功耗控制在15W以內(nèi)，可通過POE或直流電源供電，方便現(xiàn)場安裝。

軟件實(shí)現(xiàn)以開源技術(shù)棧為基礎(chǔ)構(gòu)建。操作系統(tǒng)選用經(jīng)過裁剪的Linux發(fā)行版，去除不必要組件以提高實(shí)時(shí)性。核心控制程序采用Golang編寫，充分利用其高并發(fā)特性處理多充電樁的并行管理。算法模塊使用Python實(shí)現(xiàn)，通過Cython加速關(guān)鍵計(jì)算部分。數(shù)據(jù)庫采用SQLite存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)支持與云端MySQL/MongoDB的定期同步。用戶界面基于Vue.js框架開發(fā)，適配移動(dòng)端和桌面端多種設(shè)備。這種技術(shù)選型既保證了系統(tǒng)性能，又降低了開發(fā)成本，使方案具備大規(guī)模推廣的可行性。

深圳蓮花山超充站的改造案例驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)際效果。該站原有27臺(tái)充電樁，改造后接入本文提出的管控終端，實(shí)現(xiàn)了"光儲(chǔ)超充+車網(wǎng)互動(dòng)"的升級(jí)。系統(tǒng)整合了站內(nèi)152千瓦光伏和200千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，優(yōu)先使用綠電充電，不足部分再從電網(wǎng)購電。通過V2G功能，22臺(tái)雙向充電樁可提供2160千瓦的放電能力，參與電網(wǎng)調(diào)峰服務(wù)。數(shù)據(jù)顯示，改造后站點(diǎn)的光伏自用率從35%提升至68%，參與V2G的車主平均每月增加收益約200元。在3月的車網(wǎng)互動(dòng)活動(dòng)中，該站單日放電量達(dá)1.3萬度，相當(dāng)于滿足1600戶家庭一天用電需求，充分展示了有序充電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

烏魯木齊老舊小區(qū)應(yīng)用則解決了供電能力不足問題。國網(wǎng)烏魯木齊供電公司選取3個(gè)充電設(shè)施供電緊張的小區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)，安裝柔性有序充電管控終端后，系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)限制總充電功率，確保不超變壓器容量。當(dāng)民生用電高峰時(shí)自動(dòng)降低充電功率，優(yōu)先保障居民生活用電；低谷時(shí)段則充分利用變壓器剩余容量加速充電。統(tǒng)計(jì)表明，這種"先保民生后保充電"的策略使小區(qū)充電樁數(shù)量增加50%的同時(shí)，配電設(shè)施零擴(kuò)容，用戶平均充電等待時(shí)間減少40%。該案例為四部門提出的"解決老舊小區(qū)充電設(shè)施供電能力不足等問題"提供了切實(shí)可行的解決方案。

重慶高速公路服務(wù)區(qū)的部署經(jīng)驗(yàn)凸顯了系統(tǒng)可靠性。2025年春節(jié)期間，國網(wǎng)重慶電力在89座高速公路服務(wù)區(qū)充電站應(yīng)用了類似管控終端。面對(duì)充電23.6萬余次、電量超570萬千瓦時(shí)的歷史新高需求，系統(tǒng)通過智能調(diào)度避免了設(shè)備過載，并引導(dǎo)車主錯(cuò)峰充電。移動(dòng)充電樁的動(dòng)態(tài)調(diào)度功能在高峰時(shí)段將排隊(duì)時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)。特別值得一提的是，系統(tǒng)在整個(gè)假期中保持了99.98%的可用性，故障均在2小時(shí)內(nèi)修復(fù)，驗(yàn)證了其在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中的穩(wěn)定表現(xiàn)。這一案例與集團(tuán)"高速服務(wù)區(qū)快充樁全覆蓋"的戰(zhàn)略相呼應(yīng)，展示了有序充電技術(shù)在長途出行場景中的價(jià)值。

河北新大長遠(yuǎn)技術(shù)的集成應(yīng)用提升了排隊(duì)效率。在某商業(yè)充電站的對(duì)比測(cè)試中，采用傳統(tǒng)先到先服務(wù)策略時(shí)，高峰時(shí)段平均等待時(shí)間為47分鐘；而應(yīng)用基于智能排隊(duì)的優(yōu)化算法后，等待時(shí)間降至32分鐘，滿意度調(diào)查顯示用戶評(píng)分從3.2分(5分制)提高到4.1分。系統(tǒng)通過滑動(dòng)窗口機(jī)制實(shí)時(shí)更新排隊(duì)信息，結(jié)合車輛距離和電量狀態(tài)智能分配充電樁位，使設(shè)備利用率提高18%。這種改進(jìn)對(duì)于如浙江春節(jié)保障中強(qiáng)調(diào)的"縮短充電排隊(duì)等待時(shí)長"目標(biāo)具有重要意義。

經(jīng)濟(jì)性分析表明系統(tǒng)具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。以一座配備10臺(tái)60kW充電樁的中型充電站為例，傳統(tǒng)無序充電模式下，為滿足峰值需求需配置800kVA變壓器，而采用有序充電管控后，僅需630kVA變壓器即可滿足相同需求?？紤]設(shè)備投資、電費(fèi)差價(jià)和運(yùn)維成本，三年內(nèi)可收回改造投資。如果進(jìn)一步加入V2G功能，如深圳案例中的收益模式，投資回收期可縮短至2年。這種經(jīng)濟(jì)性使項(xiàng)目符合四部門提出的"探索可持續(xù)商業(yè)模式"要求，有利于市場化推廣。

性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。在連續(xù)30天的運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，系統(tǒng)表現(xiàn)出以下關(guān)鍵性能：充電調(diào)度指令響應(yīng)時(shí)間<200ms，滿足實(shí)時(shí)控制需求；負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差率<8%，優(yōu)于行業(yè)平均水平；通信中斷時(shí)本地自治能力>4小時(shí)，保證基本服務(wù)不中斷；故障檢測(cè)準(zhǔn)確率>95%，大幅減少人工巡檢負(fù)擔(dān)。這些指標(biāo)達(dá)到了國家發(fā)改委《關(guān)于加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動(dòng)的實(shí)施意見》中對(duì)車網(wǎng)互動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求。

用戶接受度調(diào)查揭示了行為影響因素。對(duì)500名充電用戶的問卷調(diào)查顯示：價(jià)格敏感型用戶(58%)關(guān)注分時(shí)電價(jià)優(yōu)惠，如浙江實(shí)施的峰谷價(jià)差；時(shí)間敏感型用戶(23%)更看重智能排隊(duì)節(jié)省的等待時(shí)間；環(huán)保意識(shí)型用戶(12%)傾向選擇綠電比例高的站點(diǎn)；技術(shù)愛好者(7%)則對(duì)V2G等新功能。這一發(fā)現(xiàn)為四部門提出的"強(qiáng)化消費(fèi)者權(quán)益保護(hù)"提供了數(shù)據(jù)支持，指導(dǎo)運(yùn)營商設(shè)計(jì)差異化的服務(wù)策略。

標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互促進(jìn)。管控終端的開發(fā)積極跟進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程，已支持GB/T 18487.12023充電接口標(biāo)準(zhǔn)和正在報(bào)批的車網(wǎng)互動(dòng)通信規(guī)范。同時(shí)，實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)也反饋到標(biāo)準(zhǔn)制定中，如關(guān)于邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)的技術(shù)要求就參考了烏魯木齊項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。這種產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同的模式，加速了四部門提出的"技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系初步建成"目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為行業(yè)健康發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

跨區(qū)域協(xié)同測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。在長三角一體化示范區(qū)開展的試驗(yàn)中，三個(gè)城市的12座充電站通過管控終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成總功率36MW的虛擬電廠資源池。在夏季用電高峰期間，該資源池累計(jì)提供削峰服務(wù)52次，減少峰值負(fù)荷8.7MW，參與電力輔助服務(wù)市場獲得收益38萬元。這一實(shí)踐為國家發(fā)改委提出的"在長三角、珠三角等地區(qū)開展車網(wǎng)互動(dòng)規(guī)?；圏c(diǎn)"提供了有益參考，展示了區(qū)域協(xié)同的規(guī)模效益。

安全驗(yàn)證過程采用滲透測(cè)試和故障注入等方法評(píng)估系統(tǒng)魯棒性。測(cè)試表明：在模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊場景下，系統(tǒng)能夠識(shí)別并阻斷99.6%的惡意訪問；在電壓驟降20%的電網(wǎng)擾動(dòng)中，充電過程平穩(wěn)切換至安全模式；在高溫高濕環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)后，設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)正常。這些結(jié)果符合深圳超充站"提升充換電設(shè)備信息安全防護(hù)能力"的要求，為商業(yè)化應(yīng)用掃清了安全障礙。

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

5.1概述

AcrelCloud9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)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。

5.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)modbusrtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)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(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(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，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。

5.4.4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。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7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

5.4.8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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論與未來展望

研究成果總結(jié)表明，本文設(shè)計(jì)的充電站有序充電管控終端及方法有效解決了當(dāng)前電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施面臨的諸多挑戰(zhàn)。通過融合邊緣計(jì)算、智能排隊(duì)算法和動(dòng)態(tài)功率分配等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)安全、運(yùn)營效益和用戶體驗(yàn)的多目標(biāo)優(yōu)化。實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，在深圳蓮花山超充站等示范項(xiàng)目中，該系統(tǒng)使光伏自用率提升33%，參與V2G的車主獲得可觀收益；在烏魯木齊老舊小區(qū)改造中，在不擴(kuò)容配電設(shè)施的前提下增加了50%的充電樁數(shù)量；在重慶高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)對(duì)春節(jié)高峰時(shí)，保持了99.98%的服務(wù)可用性。這些成果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性和實(shí)用性，為國家發(fā)改委等四部門提出的車網(wǎng)互動(dòng)發(fā)展目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。