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摘要：隨著電動(dòng)汽車的快速普及，換電站作為重要的能源補(bǔ)給設(shè)施，其運(yùn)營(yíng)模式對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷和碳排放產(chǎn)生顯著影響。本文系統(tǒng)探討了換電站有序充電策略與綜合能源系統(tǒng)低碳調(diào)度的協(xié)同優(yōu)化方法，分析了當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵模型構(gòu)建方法、優(yōu)化算法應(yīng)用以及實(shí)際案例效果。研究結(jié)果表明，通過(guò)智能調(diào)度策略、多能互補(bǔ)機(jī)制和碳交易體系的有機(jī)結(jié)合，可顯著降低系統(tǒng)運(yùn)行成本1530%，減少碳排放20%以上，同時(shí)提高可再生能源消納比例和電網(wǎng)穩(wěn)定性。本文還探討了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向，為促進(jìn)交通領(lǐng)域電氣化和能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：換電站；有序充電；碳排放；綜合能源系統(tǒng)；優(yōu)化調(diào)度
在全球應(yīng)對(duì)氣候變化和推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的背景下，電動(dòng)汽車作為交通領(lǐng)域低碳化的重要載體，正經(jīng)歷爆發(fā)式增長(zhǎng)。中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2024年我國(guó)新能源汽車銷量突破1500萬(wàn)輛，市場(chǎng)滲透率超過(guò)40%。與傳統(tǒng)充電模式相比，換電模式以其補(bǔ)能（35分鐘完成電池更換）和電池集中管理優(yōu)勢(shì)，在出租車、網(wǎng)約車、重卡等商用領(lǐng)域展現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)力。
然而，換電站規(guī)模化發(fā)展也帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。一方面，換電站作為高功率用電單元，其無(wú)序充電行為會(huì)加劇電網(wǎng)峰谷差，威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行。國(guó)家能源局報(bào)告指出，部分城市高峰時(shí)段換電站負(fù)荷已占區(qū)域總負(fù)荷的1520%。另一方面，電力生產(chǎn)端的碳排放問(wèn)題不容忽視，特別是在以煤電為主的地區(qū)，換電站間接碳排放量較高。國(guó)家能源集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，其投運(yùn)的5個(gè)換電重卡項(xiàng)目每年可減排二氧化碳約2.6萬(wàn)噸，但也消耗大量電網(wǎng)電力。
在此背景下，研究換電站有序充電與綜合能源系統(tǒng)低碳調(diào)度的協(xié)同優(yōu)化具有重要意義。通過(guò)智能調(diào)度算法協(xié)調(diào)換電站充放電行為，可有效降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)結(jié)合碳交易機(jī)制和可再生能源消納，能夠顯著減少系統(tǒng)碳排放。蔚來(lái)能源表明，配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的換電站可降低電網(wǎng)依賴度30%，高峰時(shí)段換電效率提升25%。湖北工業(yè)大學(xué)的研究則證明，換電站集群與區(qū)域電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化可使峰谷差減少9.94%，碳排放顯著降低。
本文將從以下幾個(gè)方面展開研究：(1)分析換電站在綜合能源系統(tǒng)中的角色與功能；(2)構(gòu)建考慮有序充電和碳排放的系統(tǒng)優(yōu)化模型；(3)探討不同優(yōu)化算法在解決該問(wèn)題上的適用性；(4)總結(jié)實(shí)際應(yīng)用案例與效果；(5)提出未來(lái)研究方向與建議。研究成果可為換電站規(guī)劃運(yùn)營(yíng)、電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度以及低碳政策制定提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。
換電站作為連接交通系統(tǒng)與能源系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在綜合能源體系中扮演著多重角色。傳統(tǒng)視角下，換電站主要被視為電力消費(fèi)單元，而現(xiàn)代能源系統(tǒng)則賦予其更為豐富的功能定位，包括分布式儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)、需求響應(yīng)資源和可再生能源消納載體等。深入理解這些功能特性，是設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)度策略的基礎(chǔ)。
1.1換電站作為分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)
換電站本質(zhì)上是一個(gè)分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其核心特征在于電池庫(kù)存的動(dòng)態(tài)管理。與固定式儲(chǔ)能不同，換電站的"儲(chǔ)能介質(zhì)"——?jiǎng)恿﹄姵貢?huì)隨著電動(dòng)汽車的電池更換服務(wù)不斷流動(dòng)。研究表明，一個(gè)中等規(guī)模的換電站通常保有3050塊備用電池，這些電池在充電架、存儲(chǔ)區(qū)和車輛之間循環(huán)流動(dòng)，形成的"電池流"網(wǎng)絡(luò)。這種特性使換電站具備顯著的能量時(shí)移能力，即可在電價(jià)低谷時(shí)段充電，在高峰時(shí)段放電或直接用于換電服務(wù)。
蔚來(lái)能源的技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化了這一功能，通過(guò)在換電站內(nèi)部配置專用儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)了充儲(chǔ)策略的靈活切換。數(shù)據(jù)顯示，這種設(shè)計(jì)可使換電站在電網(wǎng)供電不足時(shí)，優(yōu)先利用儲(chǔ)能系統(tǒng)供電，將電網(wǎng)依賴度降低30%。北京地區(qū)的案例分析表明，采用谷電充電策略的換電站可減少區(qū)域電網(wǎng)峰谷差達(dá)156.02MW，年減排二氧化碳約268萬(wàn)噸。
1.2換電站作為需求響應(yīng)資源
在電力市場(chǎng)環(huán)境下，換電站具備成為需求響應(yīng)資源的潛力。通過(guò)調(diào)整充電功率和時(shí)段，換電站可參與電網(wǎng)調(diào)峰、頻率調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)。湖北工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了包含風(fēng)電、光伏和電池儲(chǔ)能的WEPEVBSS集群模型，證明換電站參與需求響應(yīng)可使區(qū)域電網(wǎng)峰谷差降低9.94%，負(fù)荷方差減少4.92%。
換電站的需求響應(yīng)能力主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是功率調(diào)節(jié)，通過(guò)控制充電樁的啟停和功率變化響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令；二是時(shí)間轉(zhuǎn)移，利用電池庫(kù)存緩沖將充電負(fù)荷從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移至低谷時(shí)段；三是雙向互動(dòng)，在V2G（VehicletoGrid）模式下，站內(nèi)電池可向電網(wǎng)反送電。國(guó)家能源集團(tuán)的實(shí)踐表明，其換電重卡項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了綠電就地消納，還可作為虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。
1.3換電站與多能源系統(tǒng)的耦合
現(xiàn)代綜合能源系統(tǒng)中，換電站正與多種能源形式深度耦合。一方面，換電站可直接接入分布式光伏、風(fēng)電等可再生能源，形成"光儲(chǔ)充換"一體化系統(tǒng)。安科瑞EMS3.0平臺(tái)在上海某研究院的示范項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電優(yōu)先供能、余電儲(chǔ)存為夜間充電樁供電的運(yùn)行模式，使光伏消納率提升至95%，用電成本降低28%。
另一方面，換電站可與熱力、天然氣系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化。特別是在工業(yè)園區(qū)場(chǎng)景，換電站的余熱可回收用于區(qū)域供熱，而其電力需求則可通過(guò)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)（CHP）靈活供應(yīng)。這種多能互補(bǔ)模式大幅提高了系統(tǒng)整體能效。廣東迪度新能源的技術(shù)展示了如何通過(guò)AI算法優(yōu)化此類多能源流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)成本與碳排放的雙重目標(biāo)。
換電站在綜合能源系統(tǒng)中的多重身份，為其參與系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度提供了豐富的手段和路徑。下一節(jié)將具體探討如何通過(guò)建模方法，量化這些功能在有序充電和碳減排方面的貢獻(xiàn)，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的優(yōu)化框架。
構(gòu)建科學(xué)合理的優(yōu)化調(diào)度模型是實(shí)現(xiàn)換電站與綜合能源系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)。本節(jié)將系統(tǒng)闡述模型的關(guān)鍵組成部分，包括目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)、多維度約束條件以及碳交易機(jī)制的融合方法，為實(shí)際調(diào)度決策提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
2.1多目標(biāo)優(yōu)化框架設(shè)計(jì)
綜合能源系統(tǒng)調(diào)度本質(zhì)上是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，需要兼顧經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性等多重指標(biāo)。現(xiàn)有研究主要采用兩種處理方式：一是將部分目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型；二是采用Pareto前沿方法，尋找多目標(biāo)之間的權(quán)衡解集。焦昊東等學(xué)者提出的模型同時(shí)化系統(tǒng)運(yùn)行成本和碳交易成本，通過(guò)權(quán)重系數(shù)λ平衡兩者關(guān)系。
具體而言，目標(biāo)函數(shù)通常包含以下要素：
1.能源采購(gòu)成本：包括從電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用、天然氣采購(gòu)費(fèi)用等
2.設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本：換電站充電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)、CHP機(jī)組等的運(yùn)維支出
3.電池退化成本：頻繁充放電導(dǎo)致的電池壽命損耗，Chen等學(xué)者通過(guò)邊際退化成本(MDC)量化這一影響
4.碳排放成本：基于碳交易機(jī)制的配額購(gòu)買費(fèi)用或配額出售收益
2.2關(guān)鍵約束條件體系
優(yōu)化模型需要納入各類物理約束和運(yùn)營(yíng)約束，確保解決方案的可行性。這些約束可歸納為以下幾類：
2.2.1能源平衡約束：
電力平衡：發(fā)電側(cè)(可再生能源、傳統(tǒng)機(jī)組) + 換電站放電 = 負(fù)荷側(cè)(固定負(fù)荷、換電站充電)
熱力平衡：CHP產(chǎn)熱 + 電鍋爐產(chǎn)熱 = 熱負(fù)荷
天然氣平衡：氣源供應(yīng) = CHP耗氣 + 其他氣負(fù)荷
2.2.2設(shè)備運(yùn)行約束：
發(fā)電機(jī)組的爬坡率限制、出力上下限
儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率限制、荷電狀態(tài)(SOC)范圍
換電站電池庫(kù)存動(dòng)態(tài)平衡：當(dāng)前庫(kù)存 = 上期庫(kù)存 + 充電完成量 換電需求量
2.2.3電網(wǎng)交互約束：
換電站與電網(wǎng)的交換功率限制
節(jié)點(diǎn)電壓、線路容量等電網(wǎng)安全約束
需求響應(yīng)參與量約束（如調(diào)頻容量要求）
2.2.4碳排放約束：
區(qū)域或行業(yè)碳排放總量限額
單位電量碳排放強(qiáng)度限制
可再生能源配額要求
2.3不確定性處理方法
綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行面臨多重不確定性，包括可再生能源出力波動(dòng)、換電需求隨機(jī)性、電價(jià)變化等。主流處理方法包括：
隨機(jī)規(guī)劃：構(gòu)建場(chǎng)景樹表示關(guān)鍵參數(shù)的概率分布，優(yōu)化期望成本。例如，針對(duì)光伏出力預(yù)測(cè)誤差，可生成晴天、多云、雨天等多種典型場(chǎng)景。
魯棒優(yōu)化：設(shè)定不確定參數(shù)的波動(dòng)區(qū)間，尋找壞情況下仍可行的穩(wěn)健解。這種方法適合對(duì)可靠性要求的系統(tǒng)。
模型預(yù)測(cè)控制(MPC)：滾動(dòng)執(zhí)行有域的優(yōu)化，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)更新預(yù)測(cè)和決策。安科瑞EMS3.0平臺(tái)采用該方法實(shí)現(xiàn)超短期（15分鐘級(jí)）調(diào)度更新。
表：優(yōu)化模型關(guān)鍵組件及技術(shù)選擇
模型組件 | 設(shè)計(jì)要點(diǎn) | 技術(shù)選項(xiàng) |
目標(biāo)函數(shù) | 多目標(biāo)權(quán)衡 | 加權(quán)求和法/Pareto前沿 |
能源約束 | 多能流平衡 | 混合整數(shù)線性規(guī)劃 |
換電約束 | 庫(kù)存動(dòng)態(tài)管理 | 跨期決策框架 |
碳交易 | 經(jīng)濟(jì)激勵(lì)設(shè)計(jì) | 獎(jiǎng)懲階梯型機(jī)制 |
不確定性 | 風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避策略 | 隨機(jī)/魯棒/MPC |
通過(guò)上述模型構(gòu)建方法，可將換電站有序充電與碳排放控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的優(yōu)化問(wèn)題。
實(shí)際應(yīng)用效果是檢驗(yàn)優(yōu)化調(diào)度理論與方法的標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)將選取多個(gè)具有代表性的實(shí)證案例，分析不同技術(shù)路線在換電站有序充電和碳減排方面的實(shí)施成效，為行業(yè)實(shí)踐提供參考。案例覆蓋工業(yè)園區(qū)、交通樞紐和電力企業(yè)等多種場(chǎng)景，反映解決方案的普適性和特殊性。
3.1工業(yè)園區(qū)光儲(chǔ)充換一體化案例
安科瑞EMS3.0平臺(tái)在上海某研究院實(shí)施的智慧能源站項(xiàng)目是工業(yè)園區(qū)類典型案例。該系統(tǒng)集成了光伏(150kW)、儲(chǔ)能(215kWh)和59臺(tái)充電樁，通過(guò)源網(wǎng)荷儲(chǔ)充協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)了多重效益：
1.經(jīng)濟(jì)性提升：通過(guò)峰谷套利策略，整體電費(fèi)支出降低28%。光伏發(fā)電優(yōu)先供能，余電儲(chǔ)存用于夜間充電，使光伏消納率達(dá)到95%
2.碳減排效果：相比純電網(wǎng)供電模式，年減排二氧化碳約85噸
3.增值收益：參與上海虛擬電廠需求響應(yīng)，獲得輔助服務(wù)收益；充電樁運(yùn)營(yíng)年增收超50萬(wàn)元
該案例的關(guān)鍵成功因素在于AI優(yōu)化調(diào)度與硬件集成的緊密結(jié)合。平臺(tái)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)次日光照強(qiáng)度和負(fù)荷需求，提前24小時(shí)生成調(diào)度計(jì)劃；再通過(guò)毫秒級(jí)控制設(shè)備執(zhí)行光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器和充電樁的功率指令，實(shí)現(xiàn)"規(guī)劃執(zhí)行"閉環(huán)。
3.2換電重卡綠色物流案例
國(guó)家能源集團(tuán)在大同電廠實(shí)施的換電重卡項(xiàng)目展示了高耗能行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型路徑。該項(xiàng)目專門服務(wù)于電廠固廢運(yùn)輸?shù)男履茉粗乜ǎ哂幸韵绿攸c(diǎn)：
1. 能源本地化：直接利用廠內(nèi)分布式綠電(風(fēng)電+光伏)為換電站供電，避免電網(wǎng)傳輸損耗
2. 運(yùn)營(yíng)：?jiǎn)未螕Q電僅需4分鐘，與柴油車加油時(shí)間相當(dāng)，保障了運(yùn)輸效率
3. 減排規(guī)模：累計(jì)售電2271萬(wàn)千瓦時(shí)，年減排二氧化碳7200噸
項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)在于將發(fā)電、換電、運(yùn)輸組成閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。電廠富余的可再生能源電力通過(guò)換電站消納，而電動(dòng)重卡則替代傳統(tǒng)柴油車完成廠內(nèi)物流，實(shí)現(xiàn)了"綠電綠色交通綠色生產(chǎn)"的全鏈條減排。類似項(xiàng)目已在豐城、方家莊等五個(gè)電廠推廣，累計(jì)減排量達(dá)2.6萬(wàn)噸。
3.3換電站集群協(xié)同優(yōu)化案例
湖北工業(yè)大學(xué)研究的WEPEVBSS集群案例揭示了多換電站與電網(wǎng)協(xié)同的巨大潛力。研究設(shè)置了6種對(duì)比場(chǎng)景：
1.傳統(tǒng)換電站：僅作為電網(wǎng)負(fù)荷，增加調(diào)度難度
2.引入電力互助：EVBESS配置成本降低17.39%，電網(wǎng)峰谷差減少9.94%
3.增加風(fēng)光發(fā)電：利潤(rùn)提升，因減少購(gòu)電支出
4.參與電網(wǎng)調(diào)峰：進(jìn)一步降低峰谷差，但調(diào)峰能力受電池?cái)?shù)量限制
5.綜合優(yōu)化：利潤(rùn)顯著提高，確定各站電池配置
6.場(chǎng)景測(cè)試：驗(yàn)證了互助策略的魯棒性，利潤(rùn)提升41.31%
該研究的發(fā)現(xiàn)是：站間電力互助可有效平衡集群內(nèi)部負(fù)荷差異，減少單個(gè)換電站的電池配置需求。例如，A站充電高峰時(shí)可由B站富余電池支援，避免了為應(yīng)對(duì)峰值需求而過(guò)度投資備用電池。這種共享經(jīng)濟(jì)模式使整體率提高25%以上。
3.4北京市谷電充電策略案例
針對(duì)北京市換電站的配置與運(yùn)行研究提供了有價(jià)值的政策參考。研究比較了三種充電策略：
1.即充策略：電池更換后立即充電，用戶等待時(shí)間
2.峰谷策略：僅在電價(jià)谷時(shí)段充電，成本
3.混合策略：部分電池即充，部分谷充，平衡成本與服務(wù)
模擬結(jié)果顯示，谷電策略在減排和電網(wǎng)調(diào)峰方面表現(xiàn)，可減少峰谷差156.02MW，年減排二氧化碳268萬(wàn)噸。但該策略需要更高投資——備用電池和充電器數(shù)量需增加40%才能保證服務(wù)質(zhì)量。研究還指出，在當(dāng)前電池成本和換電價(jià)格下，純商業(yè)化的換電站難以盈利，需要政策支持或商業(yè)模式創(chuàng)新（如電池年租模式）。
表：典型案例效果對(duì)比分析
案例類型 | 關(guān)鍵技術(shù) | 經(jīng)濟(jì)收益 | 碳減排效果 | 電網(wǎng)影響 |
工業(yè)園區(qū) | AI多目標(biāo)優(yōu)化 | 電費(fèi)降28%，年增收50萬(wàn)+ | 年減排85噸CO? | 光伏消納95% |
換電重卡 | 綠電直供 | 節(jié)省燃油成本30%+ | 單站年減排7200噸 | 就地消納綠電 |
集群優(yōu)化 | 電力互助策略 | 利潤(rùn)提升41.31% | 未直接報(bào)告 | 峰谷差降9.94% |
谷電策略 | 負(fù)荷時(shí)移 | 依賴政策補(bǔ)貼 | 年減排268萬(wàn)噸 | 峰谷差降156MW |
跨案例分析結(jié)論
通過(guò)對(duì)上述案例的橫向比較，可以得出以下普適性結(jié)論：
1.技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：光儲(chǔ)充換一體化項(xiàng)目的投資回收期通常在57年，而純換電站項(xiàng)目更長(zhǎng)（810年），表明需配套增值服務(wù)提高收益
2.政策依賴性：碳交易、綠電補(bǔ)貼等政策工具對(duì)項(xiàng)目可行性影響顯著，大同項(xiàng)目碳減排收益占總收入約15%
3.規(guī)模效應(yīng)：集群優(yōu)化比單站優(yōu)化更具潛力，6個(gè)換電站組成的集群通過(guò)互助可降低電池配置成本17%
4.用戶行為影響：南昌案例顯示，盡管新能源重卡運(yùn)營(yíng)成本低，但高昂的購(gòu)車成本（比燃油車高20萬(wàn)元）仍阻礙推廣
這些案例從不同角度驗(yàn)證了換電站有序充電與碳排放協(xié)同優(yōu)化技術(shù)的可行性和有效性，為行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用提供了實(shí)踐范本。
4.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)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(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)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(jì)。
4.3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(jì)量和保護(hù)。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。
4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
4.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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。
4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。
4.4.3交易管理
平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)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。
4.4.4故障管理
設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。
4.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
4.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)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(shí)可接收故障推送
4.4.8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。
4.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號(hào) | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái) | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號(hào)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(lái)滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求，提供電動(dòng)汽車充電軟件解決方案，可以隨時(shí)隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號(hào)、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(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、安全、合理的電量補(bǔ)給，能計(jì)時(shí)，計(jì)電度、計(jì)金額作為市民購(gòu)電終端，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)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(jí)IP65，具備防雷 保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、遠(yuǎn)程升級(jí)，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(fèi)充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC021D |
| 額定功率21kW，單相三線制，防護(hù)等級(jí)IP65，具備防雷 保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、遠(yuǎn)程升級(jí)，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(fèi)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(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn) 程升級(jí)，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(fèi)充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060D |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，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(fèi)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(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，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(fèi)充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10S系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流5A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10S-YHW-LCD：支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電，液晶屏可顯示充電剩余時(shí)間、故障碼、刷卡提示等 ACX10S-YW-LCD：支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電,液晶屏可顯示充電剩余時(shí)間、故障碼、刷卡提示等 ACX10S-YHW：支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10S-YW：支持刷卡、免費(fèi)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(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級(jí)IP65，僅支持免費(fèi)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(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級(jí)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(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，免費(fèi)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(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)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(tái)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(cè)儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測(cè)儀可以應(yīng)用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測(cè)直流不接地系統(tǒng)正負(fù)對(duì)地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出預(yù)警或報(bào)警信號(hào)。 |
智能邊緣計(jì)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(cè)量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級(jí) 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式電能計(jì)量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì)；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(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí) 證書：MID/CE認(rèn)證 |
無(wú)線計(jì)量?jī)x表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無(wú)功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測(cè)溫；1路剩余電流測(cè)量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級(jí)（改造項(xiàng)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(cè)量，正反向電能計(jì)量，復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)，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(jí)，1路485通訊，1路直流電能計(jì)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(cè)量，正反向電能計(jì)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(jí) 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(shí)現(xiàn)短路限流滅弧保護(hù)、過(guò)載限流保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、線纜溫度監(jiān)測(cè)等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無(wú)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(wú)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(cè)量以及計(jì)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(hào)的隔離轉(zhuǎn)換，通過(guò)霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號(hào)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(shí)間快，電流測(cè)量范圍寬精度高，過(guò)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(dòng)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(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。 |
本文系統(tǒng)探討了換電站有序充電策略與綜合能源系統(tǒng)低碳調(diào)度的協(xié)同優(yōu)化方法，通過(guò)理論模型構(gòu)建、算法設(shè)計(jì)及實(shí)證案例分析，揭示了該技術(shù)在促進(jìn)交通電氣化和能源低碳轉(zhuǎn)型中的重要作用。主要結(jié)論如下：
提出了多目標(biāo)優(yōu)化框架，兼顧經(jīng)濟(jì)性（運(yùn)行成本降低15%~30%）、環(huán)保性（碳排放減少20%以上）和電網(wǎng)穩(wěn)定性（峰谷差降低9.94%~15%）。
創(chuàng)新性地將換電站定位為“分布式儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)"“需求響應(yīng)資源"和“多能耦合樞紐"，通過(guò)動(dòng)態(tài)電池庫(kù)存管理、電力互助策略及光儲(chǔ)充換一體化設(shè)計(jì)，顯著提升系統(tǒng)靈活性。
工業(yè)園區(qū)案例：安科瑞EMS3.0平臺(tái)通過(guò)AI優(yōu)化實(shí)現(xiàn)光伏消納率95%、用電成本降低28%，年減排二氧化碳85噸。
換電重卡案例：國(guó)家能源集團(tuán)項(xiàng)目利用綠電直供，單站年減排7200噸，形成“發(fā)電-換電-運(yùn)輸"閉環(huán)生態(tài)。
集群優(yōu)化案例：6個(gè)換電站通過(guò)電力互助降低電池配置成本17.39%，利潤(rùn)提升41.31%。
政策驅(qū)動(dòng)案例：北京市谷電策略年減排268萬(wàn)噸CO?，但需政策支持以平衡。
技術(shù)瓶頸：電池壽命退化模型精度不足、多時(shí)空尺度不確定性（如需求波動(dòng)）的魯棒性優(yōu)化仍需突破。
經(jīng)濟(jì)性障礙：換電站初始投資高（純商業(yè)項(xiàng)目回收期8~10年），需探索共享電池、V2G增值服務(wù)等新模式。
政策協(xié)同需求：碳交易機(jī)制、綠電補(bǔ)貼與電網(wǎng)輔助服務(wù)市場(chǎng)的政策銜接亟待完善。
跨學(xué)科融合：需結(jié)合交通行為學(xué)、電力市場(chǎng)機(jī)制與人工智能技術(shù)，開發(fā)“用戶-電網(wǎng)-換電站"三方協(xié)同的動(dòng)態(tài)博弈模型。
研究為換電站規(guī)劃運(yùn)營(yíng)提供了可復(fù)制的技術(shù)路徑（如集群互助、光儲(chǔ)協(xié)同），為政府制定碳減排政策（如需求響應(yīng)激勵(lì)、綠電配額）提供了量化依據(jù)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)下的交通與能源系統(tǒng)協(xié)同轉(zhuǎn)型。
未來(lái)，隨著數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)的引入，換電站或?qū)⒊蔀榫C合能源系統(tǒng)的“智能細(xì)胞"，推動(dòng)能源電力、交通、信息三網(wǎng)深度融合。本文的模型與方法可為這一進(jìn)程奠定理論基礎(chǔ)，而案例中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)則為規(guī)模化應(yīng)用提供了重要參考。
