编者按
国家及地方层面在近两年高频次出台了支持提升充电设施车网互动水平、加强有序充电能力的政策文件，电网企业也在积极探索新能源汽车与电网互动的具体实践，星星充电、蔚来、国网电动等头部电动汽车服务商也都在持续关注车网互动领域。
伴随双碳背景下电动汽车几何式增长及新型电力系统深入建设，在充换电站运营领域不仅要关注传统常规的运营手段，车网互动相关的能量运营将会成为领域内下一个重量级延伸赛道。因此，本篇以通用充电站为服务对象，针对性输出基于有序充电的场站能力提升解决方案和能量运营构想，内容分为“前言篇”和“方案篇”2篇。
前言篇
（一）无序充电规模化对电网安全稳定运行带来威胁
根据公安部相关数据统计，2023年上半年新注册登记新能源汽车312.8万辆，同比增长41.6%，创历史新高，同时，新能源汽车新注册登记量占汽车注册登记量的26.6%。
新能源汽车渗透率的增长和相关政策的持续出台也推动着电动汽车充电行业的发展。根据中国充电联盟最新数据显示，2023年上半年，充电基础设施增量144.2万台，同比上升18.6%。截止今年6月，全国充电基础设施累计数量665.2万台，同比增长69.8%。
电动汽车规模化增长带来的井喷式充电需求将对电网产生较大影响。电动汽车充电负荷较常规负荷来说，具有时空随机性强的特点，伴随电动汽车及其充电网络渗透率的提高，大规模电动汽车的充电负荷将成为电网运行中不可忽视的影响因素，如下图1所示：
图1 大规模群充电对电网运行挑战示意图
一是加重电网高峰压力，拉大峰谷差，带来电网冲击。从电网层面看，未来电动汽车庞大的充电量将对电网造成巨大冲击，调控困难；
二是配电容量受限，老旧小区扩容难且电力扩容成本高。从图1表格所引数据可观，以一个配电单元为例，一个630的变压器采用7kW慢充，最多仅能支持90台车（具体容量还需根据小区总体配电情况及公共桩的情况具体计算），无序充电将造成过负荷，一旦规模化之后情况将会更加严重；
三是电压偏差和功率因数低，导致电能质量受影响。假定单枪最大功率在180kW左右，受电弓或者未来的大功率液冷设备可以支持500kW以上的大功率充电，那么短时的冲击会带来突出的电网电压问题、谐波问题等。
（二）有序充电模式符合新型能源体系战略方针
2023年10月，国家能源局发展规划司司长李福龙发表《坚持系统观念加快规划建设新型能源体系》的文章。文章指出，综合各方研究和认识，新能源体系具备至少具有“四新一强”的特征。
其中“两新”值得重点说明：一是一次能源形态新，新能源体系将由以绿电为核心的新型电力系统、氢能等新二次能源系统以及化石能源零碳利用系统构成；
二是产业体系新，新型能源体系催生新技术、新产业、新模式，也伴随着新一代信息技术和人工智能等领域能源系统的深度融合。有序充电模式正在积极融合和促进产业体系发展创新。
2023年6月2号，国家能源局组织电力规划设计总院、水电水利规划设计总院等多家权威机构编制的《新型电力系统发展蓝皮书》（以下简称蓝皮书）正式发布，蓝皮书分析了现有电力系统面临的主要挑战和问题。
其中两点值得重点关注，一是多重因素叠加，部分地区电力供应紧张，保障电力供应安全面临突出挑战；二是新能源快速发展，系统调节能力和支撑能力提升面临诸多掣肘，新能源消纳形式依然严峻。
伴随着供端波动性和间歇性加剧，以及供需不平衡矛盾的持续紧张，着手从需端解决相关问题已成为产业、学术、企业的基本共识之一，有序充电正是应对电力系统转型挑战的解决方案之一。
（三）有序充电是现阶段支撑新型电力系统建设的关键举措
从字面意义简单来说，有序充电就是有秩序的充电，即以充电时间和充电功率为控制变量，运用经济或技术措施引导、控制电动汽车充电，实现充电能量的转移，且电动汽车可以可控负荷的形式参与电网调控。
如图2，电动汽车用户的行为主要由电动汽车的充电功率、 初始充电时间和日行驶距离来体现，电动汽车充电负荷较常规负荷具有时空随机性强的特点，以是否引导、控制电动汽车的充电时间和充电功率来区别，电动汽车充电模式可以分为无序充电和有序充电。
图2 有序充电VS无序充电
随着电动汽车保有量的增加，服务商及个人用户参与有序充电，电动汽车与电网大规模互联、互动、共赢，将成为未来趋势。电动汽车与电网协同发展是电动汽车规模化发展的必然要求，有序充电则是电动汽车规模化下的有效策略，既能促进电动汽车与电网大规模互联互动，也是促进可再生能源消纳与电网安全可靠运行的重要保障力量。如图4所示：
图3 有序充电助力新型电力系统安全经济运行
下文将引用在中国电动汽车百人会发布的《数据解读：电动汽车规模化增长如何影响电网》中的案例，辅助读者直观比较有序充电可以对配电网带来哪些良性影响。
本案例中，假设住宅小区居民户为1907户，对应10kV的配变额定容量约为4200kW，目前负载率最高为54%，接近全市10kV负载率平均水平。
1、居民小区电网负荷特征：无序充电VS有序充电
图4 无序充电下居民小区电网负荷特征图示
图5 有序充电下居民小区电网负荷特征图示
（以上案例及图示引用源自：《新能源汽车如何更好地接入电网：中国电动汽车与电网协同的路线图与政策建议》）
在无序充电下，居民小区的配变相对脆弱，易受影响。当车辆电动化比例超过25%、充电同时率超过20%，小区配变会重载；当车辆电动化比例超过50%时，小区配变将面临超载的风险。
另外，电动汽车的夜间充电高峰不仅易造成小区配变超载，也加剧了小区用电负荷的峰谷差，在无序充电模式下规模化电动汽车推广应用将对电网稳定运行带来冲击，引发一系列问题。
有序充电模式下，因电动汽车负荷具有时空双尺度的可调节性，采用有序充电模式在配电网、用户、充电桩和电动汽车之间进行充分的信息交互和分层控制，通过全面感知配变负荷的变化趋势、动态调整充电时长和功率、优化配变负荷运行曲线，进而实现削峰填谷、缓解台区变压器增容，既满足用户的充电需求，又提升配电网和发电设备的利用率。
对于用户侧而言，用户可以最大化利用削峰填谷享受电价优惠，降低用车成本，在满足车辆充电需求的同时还能优化充电时间成本和精力成本，提升用车的便捷性。
电动汽车规模化增长催发了充电需求的井喷，大规模电动汽车充电必将成为电网安全运行中不可忽视的影响因素。通过有序充电控制策略可以综合提升电网运行的安全性、经济性，对电网乃至能源互联网的发展意义重大。
本文从有序充电的背景及必要性切入进行了浅析。
【参考文献】
[1]《电动汽车充电需求预测》，赵琳， 陈 贺等，黑龙江电力，2019
[2]《大规模电动汽车充电给电网带来的挑战和对策》，星星充电，李德胜，能源e直播，https://mp.weixin.qq.com/s/X_s7IHk3n6YKsDlRdNvkTg[3]《数据解读：电动汽车规模化增长如何影响电网》，第一电动大牛，中国电动汽车百人会，/kol/118720
作者：陈秋玉
部门：邦道科技有限公司
