孟焕平龙海珊（湖南省建筑设计院集团有限公司，长沙市410012）
肖建平（国网湖南电动汽车服务有限公司，长沙市410007）
郝强（湖南省建筑设计院集团有限公司，长沙市410012）
Research and Application of Orderly Charging System for Electric Vehicles*
MENG Huanping LONG Haishan
（Hu’nan Architectural Design Institute Group Co.，Ltd.，Changsha410012，China）
XIAO Jianping（State Grid Hu’nan Electric Vehicle Service Limited Company，Changsha410007，China）HAO Qiang（Hu’nan Architectural Design Institute Co.，Ltd.，Changsha410012，China）
Abstract：On the basis of the research results of “Research and Application of Orderly Charging Technology for Electric Vehicles in Residential Area”，a Construction Science and Technology Program of
Hu’nan Province，the basic design thought，design principles，system compositions，control strategy，and application results of orderly charging system for electric vehicles are introduced.
Key words：charging facilities for electric vehicles；orderly charging；control strategy；energy controller；4G charging scene；Bluetooth charging scene；charging load curve；intelligent charging pile
摘要：结合湖南省建设科技计划项目“住宅小区电动汽车有序充电技术研究及应用”的研究成果，介绍电动汽车有序充电系统的设计基本思路、设计原则、系统组成、控制策略、系统总体控制流程及具体项目应用成效。
通过性强关键词：电动汽车充电设施；有序充电；控制策略；能源控制器；4G充电场景；蓝牙充电场景；充电负荷曲线；智能充电桩
中图分类号：TM910.6文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1003－8493.2021.06.004
0引言
当前国家正大力推进电动汽车发展，各地电动汽车充电设施建设如火如荼，随之而来，电网供电日趋紧张。2020年，全国多个省份实施有序限电，湖南省缺电尤为明显。为解决电动汽车快速增长与电网供电紧张之间的矛盾，实现电动汽车有序充电成为当务之急。为此，湖南省住房和城乡建设厅组织相关单位对住宅小区电动汽车有序充电技术进行研究。笔者作为课题组主要研究人员，下面结合课题研究成果系统阐述电动汽车有序充电系统的设计基本思路、设计原则、系统组成及应用成效。
1基本思路
综合考虑车、网、桩及负荷的实时动态特点，以满足电动汽车充电需求为前提，以运用平台负荷调控
*：湖南省住房和城乡建设厅建设科技计划项目，项目名称：住宅小区电动汽车有序充电技术研究及应用，项目编号：KY202115。
作者信息台州二手车网
孟焕平，男，湖南省建筑设计院集团有限公司，研究员级高级工程师，总院副总工程师。
公交车超载的标准龙海珊，女，湖南省建筑设计院集团有限公司，正高级工程师，机电一分院副院长。
肖建平，男，国网湖南电动汽车服务有限公司，高级工程师，副总经理。
大众专修
郝强，男，湖南省建筑设计院集团有限公司，助理工程师。
曲线为基础，以电网安全可靠运行为条件，综合运用有效的经济/技术措施，引导调控电动汽车在特定时段进行充电，对电网负荷曲线实现削峰填谷，促进清洁能源使用，降低大量电动汽车充电对电网的冲击，节约电网建设投资，为用户提供清洁、经济、便捷的充电服务，保证电动汽车与电网的协调发展。
2设计原则
有序充电系统设计应坚持安全、可靠、便捷原则，通过多种通信方式、综合考虑通道冗余，实现通信的可靠性。系统应支持多种通信方式，实现充电资源的共享。设计应遵循以下原则：
a.安全原则。系统从通道加密、二维码加密、蓝牙连接双向身份认证、业务数据交互加密等方面满足安全要求。
b.可靠原则。系统网络通信故障时，以满足用户充电需求为原则，根据不同充电场景引导用户通过本地蓝牙通道发起充电申请或执行应急充电，可靠性不低于现有充电方式。
c.便捷原则。用户无需输入桩编号，通过扫描二维码即可进行充电的人桩绑定，实现即停即充。
d.本地控制优先原则。为提高有序充电控制的及时性、可靠性，在部分场景，以能源控制器制定有序充电策略并实施优先。
e.充电汽车兼顾性原则。为了兼顾不同品牌电动汽车充电时对充电功率调节的支持程度，根据充电汽车类型，通过不同的功率或时段编排方式生成适应充电汽车特性的充电计划，实现有序充电。
3系统组成
有序充电系统由终端设备、通信网络和系统主站组成，其中终端设备包括智能充电桩、能源路由器和能源控制器。
智能充电桩接收能源路由器指令，实现充电启停、功率调节。能源路由器基于新一代智能电能表，实现电网设备数据的感知、采集和控制。能源控制器作为台区智能管理单元，实现台区负荷数据收集和台区内客户侧设备的智能控制。
通信网络包括远程通信和本地通信，远程通信采用运营商3G/4G等、无线APN/VPN专网、230MHz无线专网等，本地通信可采用RS485、电力载波、CAN总线、蓝牙等通信模式。
系统主站负责电网与用户需求的平衡，实现全网负荷调度和客户服务提供。图1为有序充电系统架构图。
4控制策略
有序充电系统控制策略如图2所示，系统根据不同充电场景设置了5种控制策略：
图1有序充电系统架构图
Fig.1Architecture diagram of orderly charging system
图2有序充电系统控制策略框图
Fig.2Block diagram for control strategy
of orderly charging
system
a.
内网主站控制。由APP 向主站发起充电申
请，主站完成充电计划编制，并向能源控制器下发充电计划，控制器将充电计划转发到能源路由器执行。电动汽车2013价格
b.
外网主站控制。由APP 向主站发起充电申
请，主站完成充电计划编制，并将充电计划转发给APP ，APP 将充电计划转发给能源路由器执行。
c.
本地控制。由APP 向能源路由器发起充电申
请，能源路由器上送充电需求至能源控制器，由能源控制器完成本地充电计划编排下发给能源路由器执行。d.
本地保底控制。由APP 向能源路由器发起
充电申请，能源路由器根据提前下发的保底有序充电策略，执行有序充电。
e.
应急控制。当用户无法通过APP 发起有序充电申请时，可通过充电桩提供的应急充电功能完成充
电（如RFID 射频卡、紧急启动按钮、NFC 等）。
5总体控制流程
有序充电系统总体控制流程如图3所示。下面重点对4G 充电和蓝牙充电场景业务流程进
行分析。5.1
4G 充电场景
在4G 充电场景下，用户使用APP 扫码充电，主站接收充电申请进行受理，针对充电用户的充电需求、安全认证以及账户金额进行校验，验证通过后生成充电订单。针对充电需求，主站通过策略计算生成计划下发给能源控制器，能源控制器根据充电计划进行调度及修正，将修正后的计划同步到主站，能源路
图3有序充电系统总体控制流程图
Fig.3
General control flow chart for orderly charging
system
由器按照充电计划进行有序充电。同时主站结合用户、台区、区域能量调度需求进行充电计划实时修正和台区安全控制。
主站以提升清洁能源消纳水平、辅助电网削峰填谷和调频调峰等为优化目标，通过负荷预测算法和整体系统或局部台区之间协同的能量优化分配算法，得到各台区的基础负荷预测曲线和适合各台区的电动汽车充电负荷指导曲线，以日计划方式下发给对应台区的能源控制器。图4为4G 充电场景业务流程图。5.2
蓝牙充电场景在蓝牙充电场景下，用户使用APP 扫码通过蓝牙与能源路由器建立连接，能源路由器接收充电申请，能源控制器受理充电需求并根据主站预先下发的白名单对用户身份进行认证；认证通过后，通过策略计算生成计划下发给能源路由器，能源路由器按照充电计划进行有序充电。能源路由器负责接收主站和能源控制器下发的充电计划，并根据充电计划在指定时间点向充电桩发送启动充电、停止充电或充电功率调节等控制指令。
能源控制器根据主站下发的电动汽车充电负荷指导曲线以及台区基础负荷预测曲线，结合当前台区实时负
荷信息和台区内各充电桩实时充电情况，通过本地控制策略算法，对新增的充电申请进行充电计划的合理编排，根据配变安全运行要求进行充电计划实时修正和台区安全控制，并同步给主站。图5为蓝牙充电场景业务流程图。
6项目应用成效分析
以某小区有序充电系统运行为例，由图6可知，
采用有序充电系统将原用电峰值负荷（红区域）转
图44G 充电场景业务流程图
Fig.4
Business process flow diagram for 4G charging scene
图5蓝牙充电场景业务流程图
Fig.5Business process flow diagram for Bluetooth charging
scene
图7不同规模电动汽车充电负荷曲线Fig.7Charging load curves of difference scales
of electric
vehicles
移到了低谷时段（绿区域）后，曲线趋于平滑，实现了对该小区用电负荷的削峰填谷。
笔者分别对10辆、20辆、50辆电动汽车现场进行了有序充电效果验证。不同规模电动汽车充电负荷曲线如图7所示。
用户效益验证车辆为荣威ERX5（电池容量48.5kWh），经验证，如果峰谷电价分别为0.8937元/kWh、0.4437元/kWh，则该车在谷时段充电与在峰时段充电相比，最多可节省21.825元，经济效益显著。
7结语
随着国家战略的推进，预计2030年，电动汽车保有量将达到8000万辆。迅猛发展的电动汽车对充电设施建设、城市供电网建设均带来了巨大的挑战，建设智能高效、有序充电系统成为当务之急。有序充电系统能满足消纳清洁能源、削峰填谷等作用，同时为创建智慧能源服务系统的新业态、新模式提供有力的技术支撑。
［1］湖南省建筑设计院有限公司，国网湖南电动汽车服务有限公司，等.DBJ43/T016-2020湖南省电动汽车充电设施设计标准［S］，2020.
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2021-03-16来稿
2021-05-26修回
图6实施有序充电后居民区负荷曲线对比图
Fig.6Comparison diagram of load curves in the residential area after the implementation of orderly
6
charging