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摘要：隨著電動汽車的普及，充電樁的需求日益增長。本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色精品臺區(qū)充電樁有序充電方案。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的智能交互，結(jié)合優(yōu)化算法對充電樁的充電功率進(jìn)行合理分配，以提高臺區(qū)的能源利用效率、降低電網(wǎng)負(fù)荷波動，并實現(xiàn)綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。實驗結(jié)果表明，該方案能夠有效地實現(xiàn)充電樁的有序充電，為電動汽車的發(fā)展提供有力支持。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；綠色精品臺區(qū)；充電樁；有序充電
隨著對環(huán)境保護(hù)的重視和能源危機(jī)的加劇，電動汽車作為一種綠色、環(huán)保的交通工具，得到了越來越廣泛的關(guān)注和推廣。然而，電動汽車的大規(guī)模普及也給電網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，如電網(wǎng)負(fù)荷波動、能源浪費等問題。為了解決這些問題，實現(xiàn)充電樁的有序充電成為了當(dāng)前研究的熱點。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為充電樁的有序充電提供了新的思路。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充電樁可以與電網(wǎng)實現(xiàn)智能交互，實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)和充電樁的使用情況，從而實現(xiàn)對充電功率的合理分配和控制。同時，結(jié)合綠色能源的利用，可以進(jìn)一步提高臺區(qū)的能源利用效率，實現(xiàn)綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。
2.1物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
基于物聯(lián)網(wǎng)的充電樁有序充電系統(tǒng)主要由充電樁、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和管理平臺組成。充電樁通過傳感器實時監(jiān)測充電狀態(tài)和電網(wǎng)參數(shù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至管理平臺。管理平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，制定合理的充電策略，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將控制指令下發(fā)至充電樁，實現(xiàn)對充電功率的控制。
2.2通信技術(shù)
在充電樁有序充電系統(tǒng)中，通信技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。常用的通信技術(shù)包括有線通信和無線通信。有線通信主要包括以太網(wǎng)、電力線載波等，具有通信穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點，但布線成本較高。無線通信主要包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等，具有布線方便、靈活的優(yōu)點，但通信距離和穩(wěn)定性相對較差。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況選擇合適的通信技術(shù)。
2.3數(shù)據(jù)采集與處理
充電樁通過傳感器采集充電狀態(tài)、電網(wǎng)參數(shù)等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至管理平臺。管理平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取有用信息，如充電樁的使用情況、電網(wǎng)負(fù)荷等。通過對這些信息的分析，可以制定合理的充電策略，實現(xiàn)充電樁的有序充電。
3.1綠色能源的利用
在綠色精品臺區(qū)中，可以充分利用太陽能、風(fēng)能等綠色能源，為充電樁提供部分電力供應(yīng)。通過合理的能源管理和調(diào)度，可以提高綠色能源的利用效率，降低對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，實現(xiàn)綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。
3.2儲能系統(tǒng)的應(yīng)用
儲能系統(tǒng)可以在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時充電，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時放電，從而實現(xiàn)削峰填谷的作用。在綠色精品臺區(qū)中，可以配置適當(dāng)容量的儲能系統(tǒng)，與充電樁協(xié)同工作，提高臺區(qū)的能源利用效率和穩(wěn)定性。
3.3智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
智能電網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理和控制，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。在綠色精品臺區(qū)中，可以應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)，如智能電表、智能開關(guān)等，實現(xiàn)對充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，提高臺區(qū)的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。
4.1優(yōu)化算法
為了實現(xiàn)充電樁的有序充電，可以采用優(yōu)化算法對充電功率進(jìn)行合理分配。常用的優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法等。這些算法可以根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)、充電樁使用情況等因素，制定的充電策略，實現(xiàn)充電樁的有序充電。
4.2分時電價策略
分時電價策略是一種通過價格手段引導(dǎo)用戶合理用電的策略。在充電樁有序充電中，可以采用分時電價策略，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況制定不同時段的電價，引導(dǎo)用戶在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時充電，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時減少充電，從而實現(xiàn)削峰填谷的作用。
4.3需求響應(yīng)策略
需求響應(yīng)策略是一種通過用戶參與電網(wǎng)調(diào)度實現(xiàn)負(fù)荷平衡的策略。在充電樁有序充電中，可以采用需求響應(yīng)策略，邀請用戶參與電網(wǎng)調(diào)度，根據(jù)電網(wǎng)需求調(diào)整充電功率，從而實現(xiàn)充電樁的有序充電。
5.1實驗環(huán)境
為了驗證基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色精品臺區(qū)充電樁有序充電方案的有效性，搭建了實驗平臺。實驗平臺包括充電樁、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、管理平臺和電網(wǎng)模擬器等設(shè)備。
5.2實驗結(jié)果
通過實驗，得到了以下結(jié)果：
采用有序充電策略后，電網(wǎng)負(fù)荷波動明顯減小，臺區(qū)的能源利用效率得到了提高。
綠色能源的利用和儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，進(jìn)一步降低了對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，實現(xiàn)了綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。
優(yōu)化算法和分時電價策略的結(jié)合使用，能夠有效地實現(xiàn)充電樁的有序充電，提高了充電效率和用戶滿意度。
5.3結(jié)果分析
實驗結(jié)果表明，基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色精品臺區(qū)充電樁有序充電方案是可行的。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的智能交互，結(jié)合優(yōu)化算法、分時電價策略和需求響應(yīng)策略等，可以有效地實現(xiàn)充電樁的有序充電，提高臺區(qū)的能源利用效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。
6.1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(shù)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(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。同時對充電機(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。
6.2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。
6.3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)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(jìn)行電能計量和保護(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)器部署實時數(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(shè)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(chǔ)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。
6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
6.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(jìn)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(shè)備使用率，合理分配資源。
6.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)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。
6.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(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。
6.4.4故障管理
設(shè)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(jìn)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
6.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)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。
6.4.6基礎(chǔ)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(shè)施，維護(hù)充電設(shè)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(jié)和解綁。
6.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(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，同時可接收故障推送
6.4.8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。
6.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補(bǔ)給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護(hù)等級IP65，具備防雷 保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn) 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護(hù)等級IP54，具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應(yīng)用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，發(fā)出預(yù)警或報警信號。 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認(rèn)證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認(rèn)證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認(rèn)證 |
電氣防火限流式保護(hù)器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
開口式電流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護(hù)、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。 |
智能剩余電流繼電器 | ASJ |
| 該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護(hù)器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災(zāi)事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護(hù)。 |
本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色精品臺區(qū)充電樁有序充電方案。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的智能交互，結(jié)合綠色能源的利用、儲能系統(tǒng)的應(yīng)用和優(yōu)化算法等，可以有效地實現(xiàn)充電樁的有序充電，提高臺區(qū)的能源利用效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)綠色環(huán)保的充電目標(biāo)。實驗結(jié)果表明，該方案是可行的，為電動汽車的發(fā)展提供了有力支持。未來，可以進(jìn)一步研究和完善該方案，提高其性能和可靠性，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的交通系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。
