电动车充电桩与配电网的集成管理技术

眭红蕊，梁浩维

（国网陕西省电力有限公司渭南供电公司，陕西 渭南 714300）

0 引 言

当前，电动车的普及和市场需求上升，使得充电基础设施面临着前所未有的机遇和挑战。作为电动车充电的关键技术，集成管理技术在充电桩与配电网中具有重要作用，有望为充电基础设施创造一个智能、高效、可持续的未来，以满足不断增长的电动车市场需求，并积极推动可持续能源发展和环境保护。因此，要紧密关注并积极应对这些挑战，抓住机遇，促进电动车充电基础设施的升级和发展。

1 电动车充电桩与配电网集成管理的现状与挑战

1.1 充电桩分布规划问题

目前，电动车充电桩的分布不均衡，建设规划缺乏整体性。由于缺乏统一规划和明确的发展目标，充电桩建设的投资和布局往往随机而不系统。部分拥堵的城市中心或商业区域，由于电动车的使用较多，充电桩供不应求，出现充电排队等现象。而一些偏远地区或低电动车使用率的区域，存在充电桩闲置现象。

1.2 配电网负荷管理问题

电动车充电桩的分布不均导致负荷集中。某些地区的充电桩数量明显多于其他地区，当大量电动车在同一时间段充电时，缺乏合理的充电调度和负荷管理策略，充电桩的充电活动往往无序，没有充分考虑配电网负荷的变化情况，在高峰充电时段充电桩集中启动，向配电网请求大量电力，导致配电网无法满足需求。这种情况下，充电时充电桩将产生集中的功率需求，往往会超出该地区配电网预期的负荷水平。

1.3 充电桩运营与智能能源管理问题

充电桩的分布较分散，给监控和管理工作带来了巨大困难。目前，很多充电桩运营商都没有统一的远程监控平台，难以实现充电桩的实时监测和故障诊断。此外，充电桩的运营和维护成本高昂。充电桩的维修、设备更新等需要大量人力和物力，而运营商往往难以承担，影响了充电桩的可靠运行和用户体验。

2 电动车充电桩与配电网集成问题的解决方案

2.1 政府加强充电桩规划管理，实现充电桩供需平衡

针对充电桩分布不均衡问题，政府应加强规划和管理，明确充电桩建设的发展目标和布局[1]。建立统一的充电设施规划体系，考虑城市交通、人口密度、市场需求等因素，合理确定充电桩的投放数量和位置。电动汽车充换电基础设施发展情况如表1 所示。

表1 电动汽车充换电基础设施发展情况

如表1 所示，公共充电桩增量、直流充电桩数量和交流充电桩数量都持续增长。每个月都有公共充电桩的增加，其中2023 年6 月达到214.9 万台。此外，直流充电桩和交流充电桩数量也不断增长。通过制定相关政策和标准，鼓励社会资本参与充电桩建设，可推动公共设施与商业化充电桩相结合，实现充电桩供需平衡。新能源汽车充电设施建设发展迅速，未来仍保持快速增长趋势。

2.2 建立智能充电调度系统，优化配电网负荷管理

配电网负荷管理是解决问题的关键[2]。建立智能充电调度系统，利用物联网、大数据等技术手段，实时监测充电桩和配电网的负荷状况，并通过智能算法进行负荷均衡调度。

充电桩负荷模型为

式中：Pi(t)为第i个充电桩的功率需求，即在时间t充电桩需要的电功率；Ci(t)为第i个充电桩的充电容量，即充电桩在时间t内能够提供的电功率；S(t)为总的充电桩数目；PT(t)为配电网在时间t 的总负荷；α为平衡系数。

为实现充电桩与配电网的集成管理，需要建立一个智能充电桩管理系统。当充电桩总需求大于配电网可承载负荷时，每个充电桩的功率需求将按比例缩减，以适应配电网的负荷限制，从而确保充电桩的正常运行和配电网的稳定供电。

使用集成管理技术可以保证充电桩与配电网之间的协调运行，实现负载均衡和功率优化，从而推动电动车充电系统的可持续发展。这一技术的应用能够确保充电桩与电力供应之间的平衡，最大限度地利用电力资源，提高整个系统的效率和稳定性。

该方案可将配电网的充电桩总需求与配电网可承载的负荷进行比较。当充电桩总需求小于等于配电网的可承载负荷时，将充电桩的功率需求设置为实际值；当充电桩总需求大于配电网的可承载负荷时，对每个充电桩的功率需求按比例进行缩减，以适应配电网的负荷限制。充电桩总需求与配电网可承载负荷之间的比较和对充电桩功率需求的调整，如图1 所示。

图1 充电桩总需求与配电网可承载负荷之间的比较和对充电桩功率需求的调整情况

由图1 可知，假设充电桩总需求为1 000 kW、2 000 kW、3 000 kW、4 000 kW 和5 000 kW，而配电网的可承载负荷分别为1 200 kW、1 500 kW、2 500 kW、3 500 kW 和4000 kW。按照比较规则进行操作，优化电动车用户充电行为，引导用户错峰充电，通过差别化电价或优惠政策等手段，平缓高峰时段的负荷压力。该方案可以确保充电桩系统合理利用配电网的负荷能力，优化电动车用户的充电行为与体验，有效平衡高峰时段的电力需求。

2.3 建立统一的充电桩远程监控平台，引入第三方运营商降低成本

针对充电桩运营与智能能源管理问题，建立统一的充电桩远程监控平台[3]。通过云计算、物联网技术等，实现对充电桩的实时监测和故障诊断，提高充电桩的可靠性和安全性。充电桩实时监测和故障诊断数据如表2 所示。

表2 充电桩实时监测和故障诊断数据

表2 展示了多个充电桩实时监测和故障诊断的相关数据信息。每行包含充电桩的编号、状态（正常或异常）、电量百分比、运行时间以及故障类型和故障描述（如果有）。通过云计算和物联网技术可以及时获取充电桩的状态信息，根据预设的故障诊断规则判断是否存在故障情况，并进行相应的记录和处理[4]。

根据充电桩的编号分类，共有5 个充电桩（001、002、003、004、005）。 其中：001、002 和004 号充电桩状态正常，电量分别为98%、85%和100%，运行时间分别为100 h、80 h 和120 h；003 号和005号充电桩出现了异常情况。003 号充电桩出现连接异常的故障，电量为30%，运行时间为50 h。这表示该充电桩与电源之间的连接中断，无法正常充电。其原因可能是连接线路故障或插头松动等，需要进行修复和维护。005 号充电桩出现了充电超时的故障，电量仅为10%，运行时间为20 h。这表明该充电桩在充电过程中超过了设定的充电时长，可能是因为设备或设置出现问题，需要对充电时长进行调整或检查充电桩是否存在性能问题。

同时，引入第三方服务商进行充电桩的运营和维护，合理分担运营商的经营成本。通过市场竞争与合作机制，实时统计充电桩的电量使用情况，按照预设的收费标准进行计费，确保充电桩的利用率和收益最大化[5]。

充电桩收益公式为

式中：E为充电桩的收益；N为充电桩数目；U为日平均使用率（以小数表示，如80%用0.8 表示）；C为日充电次数；P为充电费用；Cos为运营成本。式（2）可以帮助充电桩行业进一步优化运营模式，提高利润空间，降低消费者的充电成本。

3 结 论

电动车充电桩与配电网的集成管理技术研究，对提高电网灵活性与稳定性、推动能源清洁低碳转型和培育电动汽车产业发展具有重要作用，为电动车领域提供了可持续发展的解决方案和新的发展动力。未来，集成管理技术推动能源的清洁低碳转型。优化调度、负载均衡和能源效率提升将减少能源消耗和碳排放，推动能源的低碳化发展。