电动汽车有序充电：助力“双碳”目标的技术路径
电动汽车有序充电：助力“双碳”目标的技术路径
随着全球能源危机的加剧和“双碳”目标的推进，电动汽车作为绿色交通方式得到了快速发展。然而，大规模电动汽车的无序充电行为给电力系统带来了新的挑战。为实现电动汽车与电网的良性互动，有序充电技术应运而生。本文将从技术原理、现实意义、政策支持等多个维度，全面阐述电动汽车有序充电的重要性和实施路径。
什么是有序充电？
有序充电，顾名思义，就是通过智能充电管理系统，对电动汽车的充电过程进行合理调度和优化，使其与电网运行状态相协调。其核心是在满足用户充电需求的同时，实现电网负荷的均衡分布，提高能源利用效率。
智能柔性充电堆：有序充电的关键技术
智能柔性充电堆是实现有序充电的关键技术。它通过“共享功率池”的概念，将充电堆内部的功率模块融合为一个整体，所有充电终端共享这些功率模块。具体工作原理如下：
共享功率池：电动汽车将所需的充电需求通知给充电终端，充电终端根据需求向智能调度模块申请所需功率。智能调度模块根据“共享功率池”内的可分配模块数量，调度给对应的充电终端。
动态功率分配：充电堆可以根据充电车辆BMS（电池管理系统）所发出的充电需求，动态分配充电功率，满足各种车型充电的不同功率需求。这种动态分配方式提高了充电设施的能量转换效率及设备利用率。
技术创新：为了实现更宽的输出电压范围、更高的恒功率区间比以及全范围更高的转换效率，行业内正在研究多种两级整流串并输出控制方案。例如，通过变压器两个副边绕组分别连接整流桥后，通过串联和并联控制，实现低压区间的大电流输出和高压区间的高电压输出。
目前，智能柔性充电堆主要有两种技术路线：
矩阵形拓扑结构：以奥特迅为代表的矩阵式柔性充电堆，实现了功率共享和按需分配，但调度效率相对较低。
星环形拓扑结构：以绿能慧充为代表的星环功率分配技术，通过减少直流接触器的数量，降低了设备成本，提高了运营效率。
有序充电的必要性与作用
1. 无序充电带来的挑战
截至2021年7月，我国电动汽车保有量已达630万辆，充电基础设施建设成果显著。然而，无序充电现象突出，给电力系统带来新的用电压力：
增加电网调峰难度：大量车辆集中于电网负荷高峰时段充电，加重高峰负荷，低谷时段充电需求少，致使电网负荷峰谷差扩大。
影响电网电能质量：无序充电下，电动汽车充电设备接入电网的随机性易引发局部电网电压波动、谐波污染等电能质量问题。
2. 有序充电的积极作用
平滑负荷曲线：通过合理安排充电时间，在电网负荷低谷时段充电，高峰时段停止充电甚至向电网反馈电能，起到“削峰填谷”作用，使电网负荷曲线更平缓。
降低电网运行成本：借助有序充电和车网互动，电网可减少对调峰机组等备用电源的依赖，降低发电成本及电网建设和运维成本。
助力可再生能源消纳：电动汽车作为可灵活调节的柔性负荷，能依据可再生能源发电情况调整充电策略，有效消纳不稳定的可再生能源。
政策支持与未来展望
为推动电动汽车有序充电的发展，国家相关部门已出台多项政策。《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》提出：
提升充电设施接网能力：开展配电网可接入充电设施容量研究，针对性提升电动汽车充电设施接网能力。
创新调度模式：探索应用主配微网协同的新型有源配电网调度模式。
智能充放电引导服务：通过完善电动汽车充电分时电价政策、探索放电价格机制，参与智能充放电的用户可以获得充电费用优惠以及放电补贴。
标准体系建设：针对智能有序、大功率充放电等先进需求，通过标准制修订来减少甚至消除制造或建设不规范、车桩不兼容的问题。
实际应用案例
以安科瑞充电桩收费运营云平台为例，该平台通过智能充电管理系统，实现了对电动汽车充电行为的优化调度。平台功能包括：
实时监控：能够实时监控充电桩的工作状态，包括充电桩连接状态、充电电流、电压等。
故障报警与处理：能够检测并报警充电桩的故障，如设备故障、充电异常等。
远程诊断与维护：运维人员可以通过远程管理系统对充电桩进行诊断和维护。
运营数据分析：可以对充电桩的相关数据进行分析，并生成相应的报表和图表。
通过这些功能，平台不仅提高了充电桩的使用效率，还有效缓解了无序充电对电网的影响。
面临的挑战
尽管有序充电技术前景广阔，但仍面临一些挑战：
用户响应不确定性：如何有效激励用户参与有序充电，需要合理的价格机制和用户引导策略。
控制信息传递及时性：大规模电动汽车群体的充电控制需要高效的信息传递和处理能力。
标准化问题：需要建立统一的技术标准体系，确保不同品牌、不同型号的电动汽车和充电设施能够互联互通。
结语
电动汽车有序充电是实现“双碳”目标的重要途径。通过智能柔性充电堆等关键技术，结合政策支持和智能管理系统，可以有效解决无序充电带来的电网压力，实现能源的优化配置。未来，随着技术的不断进步和政策的持续完善，有序充电将在推动能源革命和交通转型中发挥越来越重要的作用。