摘要：本文在儲能式充電樁參與電網(wǎng)聯(lián)合運行背景的基礎(chǔ)上，以汽車充電樁為研究對象，強調(diào)了汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行的價值性。從配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制、充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行優(yōu)化、智能有序充電技術(shù)、虛擬電廠調(diào)度平臺四個方面入手，依托對儲能式充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的關(guān)鍵聯(lián)合運行技術(shù)的闡述，探討了汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行的實現(xiàn)要點。

關(guān)鍵詞：汽車充電樁；儲能系統(tǒng)；需求側(cè)響應(yīng)。

在新能源汽車行業(yè)高速發(fā)展的背景下，推進儲能式充電樁參與電網(wǎng)聯(lián)合運行，能夠降低電網(wǎng)擴充成本，對此還能夠生成參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的輔助管理服務(wù)收益，其優(yōu)勢性明顯。同時，汽車充電樁的大規(guī)模應(yīng)用也對配電網(wǎng)的運行產(chǎn)生一定沖擊?；诖?，需要著重落實汽車充電樁充電與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的有機結(jié)合，助推配電網(wǎng)與新能源汽車健康、協(xié)調(diào)發(fā)展。

1研究背景

面對能源方面的問題，各種新能源產(chǎn)品應(yīng)運而生，并在當前得到了廣泛推廣應(yīng)用。發(fā)展至今，各個地區(qū)已圍繞提升新能源產(chǎn)品消費服務(wù)水平，設(shè)定并落實了各種政策方案，從新能源汽車服務(wù)領(lǐng)域來看，著力推動規(guī)模化電動汽車負荷參與電力需求響應(yīng)。依托移動式或分布式儲能系統(tǒng)在汽車充電樁及其附近進行合理安裝，能夠有效避免汽車隨機式充電明顯沖擊電網(wǎng)。基于此，搭建充儲一體化汽車充電樁，實施汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行極為必要，也有著較高的研究價值。

2汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)和聯(lián)合運行的價值性分析

汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)是一種通過智能充電技術(shù)來平衡電網(wǎng)負荷、提高可再生能源消納率及減小電動汽車充電對電網(wǎng)沖擊的有效策略[1]。在當前的實踐中，依托汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行的優(yōu)化與推行，能夠達到平衡電網(wǎng)負荷的效果。通過需求側(cè)響應(yīng)機制，可以有效平衡電網(wǎng)負荷，減小電網(wǎng)的壓力。

在儲能式充電樁與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行技術(shù)的支持下，能夠提高可再生能源消納率。作為實現(xiàn)汽車充電樁與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行中的一種關(guān)鍵技術(shù)，智能充電技術(shù)可以提高可再生能源的消納率，促進清潔能源的使用。此外，汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)還能夠減少對電網(wǎng)的沖擊。有序充電技術(shù)可以減少電動汽車充電對電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性?？傮w而言，汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行技術(shù)所顯現(xiàn)出的應(yīng)用價值較為明顯，汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)不僅有助于提高電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性，還能促進可再生能源的利用，推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步和政策的支持，這一領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用前景。

3汽車充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行的實現(xiàn)要點探討

3.1配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制

圍繞電網(wǎng)供需平衡的維護與促進展開對用戶用電行為的調(diào)整所形成的機制，為配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制。在實踐中，基于需求側(cè)響應(yīng)的實施，促使電網(wǎng)高峰時段用戶的用電有所降低，并在電網(wǎng)低谷時段適當增加用電，以此達到對電網(wǎng)供需矛盾進行有效緩解的效果，推動電網(wǎng)運行穩(wěn)定性及效率水平的進一步提高[2]。基于此，設(shè)定并推行配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制及對應(yīng)的需求側(cè)響應(yīng)策略是必然選擇，激勵用戶落實對用電行為的調(diào)整，促使“削峰填谷”成為現(xiàn)實，從而推進電力系統(tǒng)運行效率的提升。

在配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制（圖1）的支持下，充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行過程中，從用戶側(cè)的角度來看，重點達成的目標包括：第一，用電成本的降低。積極響應(yīng)激勵措施、價格信號，進行對個人用電行為的合理調(diào)整，選擇在電價相對較低的時間段用電，或者獲取相應(yīng)的經(jīng)濟補償，以此達到減少用電成本費用的效果。第二，用電舒適度及靈活性的提升。在基本用電需求得以切實滿足的基礎(chǔ)上，切實參考用戶自身的現(xiàn)實情況及現(xiàn)行的相關(guān)激勵機制，實施對用電設(shè)備使用時間的靈活性安排，從而提升用電的舒適度及自主性。例如，用戶可以在低谷電價時段內(nèi)，或是收到激勵信號后，安排電動汽車充電。從電網(wǎng)側(cè)的角度來看，重點達成的目標包括：第一，削峰填谷。在配電網(wǎng)高峰時段安排對用電負荷的減小處理，以此實現(xiàn)對電網(wǎng)峰值功率需求的降低。同時，實施對低谷時段電網(wǎng)用電負荷的適當增加，促使負荷曲線能夠盡可能保持在相對平坦的狀態(tài)下，達到適當緩解高峰時段內(nèi)電網(wǎng)供電壓力的效果，促使對于發(fā)電及輸電設(shè)備的擴容要求有所下降，也進一步控制、減小電網(wǎng)建設(shè)與運營方面所產(chǎn)生的成本費用。第二，供電可靠性的提升?；趯τ脩糌摵傻暮侠硇哉{(diào)整，實施對電壓波動、電網(wǎng)過載等風險問題發(fā)生可能性的降低，促使電網(wǎng)應(yīng)對自然災害、設(shè)備故障等突發(fā)情況的現(xiàn)實能力隨之提高，助推供電質(zhì)量及可靠性水平的提升。第三，可再生能源消納的促進。重點引導用戶在可再生能源的發(fā)電高峰時段內(nèi)用電，或是適當增加用電，實現(xiàn)對可再生能源現(xiàn)實利用率的提升，也促使可再生能源可以在配電網(wǎng)內(nèi)得到有效的消納。

圖1配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)機制

3.2充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行優(yōu)化

推進汽車充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行優(yōu)化期間，需要重點把握以下幾個方面要點內(nèi)容：第一，建立聯(lián)合運行優(yōu)化模型。通過建立儲能式充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)的聯(lián)合運行優(yōu)化模型，可以效益函數(shù)，考慮儲能式充電樁的充放電量約束、容量約束和需求響應(yīng)電量約束等條件。第二，分布式能量聯(lián)合優(yōu)化求解。采用基于原始—對偶分解的分布式能量聯(lián)合優(yōu)化求解方法，包括構(gòu)建拉格朗日函數(shù)、拉格朗日對偶函數(shù)，并應(yīng)用KKT條件和基于原始—對偶分解的更新迭代算子等步驟。

參與電網(wǎng)需求響應(yīng)是分布式儲能期間汽車充電樁所承擔的重要任務(wù)，受到電價激勵信號、儲能參與需求響應(yīng)因子的相對關(guān)系的影響?；陔妰r激勵信號、需求響應(yīng)因子的差異性設(shè)定，實際所獲取到的運行策略及優(yōu)化結(jié)果也有所不同?；谏鲜鏊悸愤M行汽車充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行優(yōu)化，設(shè)定3.35kAh為某汽車充電樁的容量峰值，控制電價激勵信號保持在0.2~0.4的范圍，控制需求響應(yīng)因子保持在0.3~0.5的范圍，以收益、參與需求響應(yīng)增益、充電樁總增益為切入點，分析該汽車充電樁的效益，所得到的結(jié)果如圖1所示。在時間有所增長的條件下，系統(tǒng)總體收益、需求響應(yīng)收益會隨之提高，儲能系統(tǒng)的損耗也有所降低。

聯(lián)合調(diào)度汽車充電樁與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)，基于對汽車充電樁充放電的利用獲取最大效益函數(shù)。在滿足容量、電量等方面限制的條件下，盡可能降低儲能成本，同時提升最終收益。設(shè)定3.35kAh為汽車充電樁的容量峰值，對于多個相同容量峰值的汽車充電樁的容量動態(tài)變化展開分析，所得到的結(jié)果如圖2所示。3.05~3.3kWh為相應(yīng)汽車充電樁的容量變化范圍，相應(yīng)汽車充電樁的運行容量區(qū)間為總?cè)萘康?0%~90%。綜合分析結(jié)果能夠明確的是基于上述思路的推行實施汽車充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行優(yōu)化，可以獲取到汽車充電樁效益。

3.3智能有序充電技術(shù)

針對汽車充電過程進行合理性控制與調(diào)度的技術(shù)為智能有序充電技術(shù)，在實踐中，重點依托對汽車充電設(shè)施特性、用戶需求以及電網(wǎng)現(xiàn)實運行狀態(tài)等因素的綜合考量，從時間與頻率兩方面優(yōu)化分配汽車充電負荷，避免多臺汽車同時進行充電期間對電網(wǎng)產(chǎn)生明顯負面影響，并引發(fā)過載、電壓波動等問題。依托智能有序充電技術(shù)的應(yīng)用，汽車充電樁可以根據(jù)實時電價激勵進行充電，從而減少高峰時段的電網(wǎng)負荷。

在智能有序充電技術(shù)的支持下，在充電樁參與需求響應(yīng)聯(lián)合運行過程中，從用戶側(cè)的角度來看，重點落實對用戶現(xiàn)實充電需求的滿足，保證不對用戶正常使用汽車產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，面向用戶提供盡可能便捷、經(jīng)濟的充電服務(wù)。例如，基于對汽車電池狀態(tài)、用戶出行計劃等信息的采集與綜合分析，提供更為合適、合理的充電功率、充電時間指導，避免用戶長時間等待汽車充電[3]。從電網(wǎng)側(cè)的角度來看，重點實現(xiàn)對配電網(wǎng)峰值與谷值之間差距的控制與降低，實施對負荷波動的平抑，助推電網(wǎng)的供電質(zhì)量水平以及可靠性的提升，促使電網(wǎng)能夠長時間維持在安全、穩(wěn)定運行的狀態(tài)下?；趯ζ嚦潆姇r間、功率的合理性安排，避免高峰時段電網(wǎng)實際承擔的供電壓力大幅提升，顯現(xiàn)出適當降低的變化趨勢，并實現(xiàn)對低谷時段剩余容量的充分利用。

3.4虛擬電廠調(diào)度平臺

虛擬電廠調(diào)度平臺主要承擔智能感知、智慧調(diào)度各類分布式能源（包括來自商場、工廠、家庭等地的各類分布式電源、可控負荷和儲能系統(tǒng)等海量分散資源）的任務(wù)。在推進儲能式充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行中，依托虛擬電廠調(diào)度平臺與私人充電設(shè)施的結(jié)合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)實時調(diào)節(jié)和響應(yīng)，表明其在需求側(cè)響應(yīng)中具有明顯的應(yīng)用效果。

對于虛擬電廠調(diào)度平臺而言，其主要基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)等先進技術(shù)的應(yīng)用，將各類分布式資源以終端資源點的形式接入虛擬電廠，把分散的分布式資源打包成一個整體，在資源點配置智能裝置，實現(xiàn)各分布式資源點與虛擬電廠的指令與數(shù)據(jù)交互，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]。該平臺通過配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對各類分布式能源的整合調(diào)控和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以特殊電廠形式參與需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、現(xiàn)貨交易等電力市場交易。在助力資源聚合、擴展新業(yè)務(wù)和新的利潤增長點的同時，幫助電力用戶獲取更多的收益，實現(xiàn)雙贏目標。

安科瑞針對上述場景和需求，提出“本地自治+云端協(xié)同”兩級光儲一體化管控方案：以ACCU系列協(xié)調(diào)控制器為本地控制核心，在各站點獨立完成防逆流柔性調(diào)節(jié)與光儲協(xié)調(diào)充放電控制；以EMS3.0智慧能源管理平臺為遠程管理中樞，實現(xiàn)跨路段、多站點的集中監(jiān)控與統(tǒng)一運維。兩級協(xié)同，既保障各站點并網(wǎng)安全合規(guī)，又實現(xiàn)光儲協(xié)同高效運行，明顯降低沿線分散站點的人工巡檢成本。

4項目情況

湖南某高速沿線20個站點（含服務(wù)區(qū)、收費站、隧道邊坡等）建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量約3.47MW，其中6個站點配套儲能系統(tǒng)，總儲能容量1.4MWh。項目現(xiàn)場如下圖所示。

根據(jù)并網(wǎng)協(xié)議，本項目所有站點均不允許向電網(wǎng)反送電能。20個并網(wǎng)站點中，14個站點為純光伏配置，6個站點配置光伏+儲能，站點一次圖如圖5、圖6所示。純光伏站點分布于隧道及部分收費站、服務(wù)區(qū)；光儲站點主要位于服務(wù)區(qū)及管理中心等負荷集中區(qū)域。各站點具體配置詳見第3章。

圖5光儲站點一次示意圖

圖6純光伏站點一次示意圖

項目投運后需實現(xiàn)以下控制目標：一是在各站點實現(xiàn)防逆流控制，確保任何工況下均不向電網(wǎng)反送電能；二是6個光儲站點需實現(xiàn)光儲協(xié)調(diào)充放電，光伏余電優(yōu)先儲能充電，高峰時段儲能放電降本；三是20個光（儲）站點實現(xiàn)全線集中監(jiān)控與遠程運維；四是系統(tǒng)運行安全可靠，動作事件可追溯。

5解決方案

本項目以安科瑞ACCU系列協(xié)調(diào)控制器為本地控制核心，搭配AM5SE-IS防逆流保護裝置作為剛性保護，構(gòu)建“柔性調(diào)節(jié)+剛性跳閘”兩級防逆流機制，同時針對6個光儲站點實施光儲協(xié)調(diào)充放電控制。系統(tǒng)采用本地部署與云平臺相結(jié)合的方式，ACCU控制器在各站點本地完成數(shù)據(jù)采集、策略計算與指令下發(fā)，不依賴云端通信，確保控制的實時性與可靠性；EMS3.0云平臺負責全線站點統(tǒng)一監(jiān)控管理。解決方案架構(gòu)如圖7所示。

圖7高速公路光儲充整體解決方案架構(gòu)圖

各站點具體配置如下：

5.1光儲協(xié)調(diào)策略

ACCU系列協(xié)調(diào)控制器在各站點獨立實時監(jiān)測市電進線處功率，設(shè)置防逆流調(diào)節(jié)閾值與功率恢復定值。當進線功率低于調(diào)節(jié)閾值時，控制器自動計算需要降低的功率值，以有功功率百分比的形式下發(fā)至光伏逆變器，動態(tài)下調(diào)光伏出力，使進線功率回升至安全運行區(qū)間。

對于配置儲能的站點，控制器根據(jù)光伏出力與負荷的實時對比關(guān)系，執(zhí)行光儲協(xié)調(diào)策略：

（1）光伏富余工況：光伏出力大于負荷時，富余功率優(yōu)先向儲能充電，充電功率等于光伏盈余量；若儲能SOC達上限或已達到額定充電功率仍有剩余，則限制光伏發(fā)電功率，防止逆流。

（2）光伏缺額工況：光伏出力小于負荷時，缺額功率優(yōu)先由儲能放電補足，放電功率等于負荷缺額量；若儲能SOC達下限或已達到額定放電功率仍有不足，不足部分由市電補給。

純光伏站點與光儲站點在防逆流策略上存在差異：純光伏站點僅調(diào)節(jié)逆變器出力；光儲站點通過“光伏出力優(yōu)先滿足負荷—余電儲能充電—儲能放電補充缺口”的三段式控制，在保障零逆流的前提下實現(xiàn)光伏發(fā)電峰值化利用與用電成本谷值化。

5.2剛性保護策略

AM5SE-IS防逆流保護裝置作為系統(tǒng)的安全兜底，獨立采集市電進線電壓、電流并實時計算功率。當檢測到逆功率超過保護定值時，裝置瞬時動作，跳開光伏并網(wǎng)開關(guān)，切斷光伏發(fā)電回路，確保不向電網(wǎng)反送電能，作為柔性調(diào)節(jié)失效后的最后一道防線。

當進線功率恢復至逆功率恢復定值以上并持續(xù)一定時間后，裝置自動發(fā)出合閘指令，閉合光伏并網(wǎng)開關(guān)，恢復光伏發(fā)電系統(tǒng)運行，實現(xiàn)自動復歸，無需運維人員現(xiàn)場操作。

柔性調(diào)節(jié)與剛性保護在定值上形成有序配合關(guān)系：柔性調(diào)節(jié)啟動閾值高于剛性保護定值，且低功率預警設(shè)置短暫延時，為柔性調(diào)節(jié)留出動作響應(yīng)時間；逆功率跳閘作為保底策略瞬時動作。

5.3 EMS3.0云平臺遠程監(jiān)控

安科瑞EMS3.0智慧能源管理平臺部署于路段管理中心，實現(xiàn)以下功能：一是全線站點發(fā)電功率與儲能SOC實時展示，支持按路段、按站點類型（服務(wù)區(qū)/收費站/隧道）篩選查看；二是逆變器、儲能柜、防逆流保護裝置運行狀態(tài)實時上送，異常主動告警；三是運行數(shù)據(jù)本地存儲加云端雙備份，確保數(shù)據(jù)安全可追溯。可視化大屏如下圖所示

圖8EMS3.0可視化大屏（示意圖）

6運行效果與系統(tǒng)展示

基于上述“本地自治+云端協(xié)同”兩級管控方案，系統(tǒng)在實際運行中實現(xiàn)了以下效果：

1）防逆流控制。各站點ACCU協(xié)調(diào)控制器實時監(jiān)測進線功率，在光伏出力接近負荷時提前啟動柔性調(diào)節(jié)，動態(tài)下調(diào)光伏出力或調(diào)度儲能充電，將進線功率維持在安全運行區(qū)間內(nèi)；當柔性調(diào)節(jié)未能抑制逆流時，AM5SE-IS瞬時動作跳開光伏并網(wǎng)開關(guān)，實現(xiàn)并網(wǎng)點防逆流控制目標。

2）光儲協(xié)同增效。6個光儲站點通過“光伏余電充電、高峰時段放電”的協(xié)調(diào)策略，既解決了光伏余電就地消納問題，又通過峰谷價差降低了服務(wù)區(qū)及管理中心的運營電費。

3）集約化運維。EMS3.0云平臺將沿線分散的20個站點統(tǒng)一接入集中監(jiān)控，運維人員在管理中心即可掌握全線光儲運行狀態(tài)，明顯降低了日常巡檢工作量與人力成本。

4）運行安全與事件追溯。系統(tǒng)投運以來，各站點ACCU協(xié)調(diào)控制器與AM5SE-IS防逆流保護裝置協(xié)同動作可靠，未發(fā)生并網(wǎng)點逆流超標事件；EMS3.0云平臺完整記錄各站點運行數(shù)據(jù)與保護動作事件，支持按站點、按時間段追溯查詢，為運維分析與安全審計提供依據(jù)。

7結(jié)語

隨著交通與能源融合發(fā)展的深入推進，高速公路沿線分布式光儲系統(tǒng)的規(guī)?；渴鹑找娉蔀橼厔?。本文介紹的湖南某高速光儲一體化項目，以安科瑞ACCU系列協(xié)調(diào)控制器與EMS3.0微電網(wǎng)云平臺為核心，構(gòu)建了“本地自治+云端協(xié)同”兩級管控方案，在滿足各站點防逆流合規(guī)要求的同時，實現(xiàn)了光儲協(xié)調(diào)充放電與跨路段統(tǒng)一監(jiān)控，為山區(qū)高速沿線站點分散、工況復雜的光儲項目提供了成熟、可復制的解決方案。安科瑞微電網(wǎng)產(chǎn)品體系涵蓋本地控制與云端管理，為交通領(lǐng)域綠色用能轉(zhuǎn)型提供可靠的技術(shù)支撐。

參考文獻：

[1]梁博遠，劉效辰，劉曉華，等.基于直流母線電壓帶的光伏-充電樁-建筑微電網(wǎng)         控制[J].供用電，2025，42（1）：3-12.

[2]田壯梅.基于云計算技術(shù)的電動汽車充電樁負荷預測技術(shù)應(yīng)用研究[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟，2024（9）：191-193.

[3]鄭國濤，陳小鵬，郭佳航.基于電網(wǎng)網(wǎng)格化的電動汽車集群充電負荷計算方法[C]//浙江省電力學會2023年度優(yōu)秀論文 集.國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司，2024:11.

[4]倪源，沈旺旺，王夢楠，等.基于V2G技術(shù)的電動汽車充電樁充放電控制方法研究[J].汽車測試報告，2024（11）.

[5]郭玥.儲能式充電樁參與電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合運行技術(shù)分析。

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介：

陳芳芳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司