电动汽车充电模式分析（推荐8篇）
电动汽车市场及充电桩行业前景综合分析
一、充电桩政策深度解读
一、充电桩国标正式发布实施
2015年12月28日，质检总局、国家标准委联合国家能源局、工信部、科技部等部门，在京发布新修订的电动汽车充电接口及通信协议5项国家标准，新标准于2016年1月1日起正式实施。
电动汽车充电用接口及通信协议作为实现电动汽车传导充电的基本要素，其技术内容的统一和规范，是保证电动汽车与充电基础设施互联互通的技术基础。此次5项标准修订全面提升了充电的安全性和兼容性。
在安全性方面，新标准增加了充电接口温度监控、电子锁、绝缘监测和泄放电路等功能，细化了直流充电车端接口安全防护措施，明确禁止不安全的充电模式应用，能够有效避免发生人员触电、设备燃烧等事故，保证充电时对电动汽车以及使用者的安全。
在兼容性方面，交直流充电接口型式及结构与原有标准兼容，新标准修改了部分触头和机械锁尺寸，但新旧插头插座能够相互配合，直流充电接口增加的电子锁止装置，不影响新旧产品间的电气连接，用户仅需更新通信协议版本，即可实现新供电设备和电动汽车能够保障基本的充电功能。
目前，我国电动汽车直流接口、控制导引电路、通信协议等国家标准与美国、欧洲、日本 并列为世界4大直流充电接口标准，显著提升了中国在国际充换电领域的影响力。
新标准对充电接口和通信协议进行了全面系统的规范，为充电设施质量保证体系提供了技术保障，确保了电动汽车与充电设施的互联互通，避免了市场的无序发展和充电“孤岛”，有利于降低因不兼容而造成的社会资源浪费，对促进电动汽车产业政策落地，增强购买使用电动汽车消费信心将起到 积极的促进作用。
截止至2015年年底，全国已建成充换电站3600座，公共充电桩4.9万个，较2014年底增加1.8万个，同比增速58%。
二、《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》
促进新能源汽车应用，有利于缓解能源与环境压力、推动汽车产业结构优化和消费升级。2015年10月，国务院办公厅印发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，部署大力推进充电基础设施建设，解决电动汽车充电难题。
（一）加速设施建设
近年来，我国新能源汽车应用逐步推进。截至2014年年底，我国新能源汽车保有量已经超过12万辆。2015年上半年，我国新能源汽车共生产76223辆，销售72711辆，同比分
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别增长2.5倍和2.4倍。
随着新能源汽车走进千家万户，充电设施的相对缺乏更加凸显。截至2014年底，我国建成充换电站780座，交直流充电桩3.1万个。
总体来看，建设的速度相对滞后，已经成为新能源汽车推广应用的短板或瓶颈之一。近年来，各地区、各部门积极推动电动汽车充电基础设施建设，但仍存在认识不统一、配套政策不完善、协调推进难度大、标准规范不健全等问题。
针对充电难题，此次意见明确，坚持以纯电驱动为新能源汽车发展的主要战略取向，按照“桩站先行”的要求，分类有序推进建设，确保建设规模适度超前。
在建设目标方面，意见提出，到2020年，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求；建立较完善的标准规范和市场监管体系，形成统一开放、竞争有序的充电服务市场。
国家电网公司是充电桩建设的重点企业之一，截至2014年底，其已累计建成充换电站618座、充电桩2.4万个。下一步，国家电网将推进高速公路快充网络及重点城市充电网络建设，加快“四纵四横”高速公路快充网络及京津冀鲁、长三角地区主要城市间高速公路快充网络建设。同时，加快重点城市公共快充网络建设和完善，并为电动公交、环卫、公务等电动汽车配套建设专用充电设施。
（二）统一充电标准
充电设施标准不统一，不仅会造成重复建设，更会影响用户体验。此次意见明确了“统一标准、通用开放”的原则，提出要加快制修订充换电关键技术标准，并促进不同充电服务平台互联互通，提高设施通用性和开放性。
就像原来手机充电设施一样，也都是五花八门的，大家有一堆充电器，一堆电池，现在逐步走向完善、走向统一、走向标准。
在标准建设方面将有多项工作陆续推进，一是尽快完成充电接口和通信协议等关键国家标准的修订稿发布；二是新版国标发布以后，要对存量的充电设施进行改造升级，尽快实现充电标准全国统一；三是制定无线充电等新型充电技术标准；四是计量、计费、结算等运营服务管理规范。同时，还要加快建立充电基础设施道路交通标识体系。
（三）完善扶持政策
用户居住地是新能源汽车充电的重要场所，也是当前充电设施建设的难点之一。居民小区建设充电桩遇到的主要困难一方面是车位不足，另一方面是安装充电桩涉及物业公司、业主委员会、产权单位等多方，实际操作中协调难度较大。
此次意见特别提出，鼓励充电服务、物业服务等企业参与居民区充电设施建设运营管理，统一开展停车位改造。对有固定停车位的用户，优先在停车位配建充电设施；对没有固定停
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车位的用户，鼓励通过在居民区配建公共充电车位，建立充电车位分时共享机制，为用户充电创造条件。在增量方面，意见提出，原则上，新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件。
为电动汽车配建充电设施已被列入住建部印发的《城市停车设施规划导则》，意味着充电网络建设步入加速期。住房和城乡建设部城建司副司长刘贺明表示，该导则旨在破解长期困扰城市交通的难停车、乱停车的问题，其中，要求停车场应按标准和要求配建电动汽车充电设施。
意见还明确了七大扶持政策：一要简化规划建设审批；二要加大补贴力度，加快制定“十三五”期间充电基础设施建设财政奖励办法；三要拓宽多元融资渠道，有效整合各类公共资源为社会资本参与充电基础设施建设运营创造条件；四要加大用地支持力度；五要加大业主委员会协调力度，制定全国统一的私人用户居住地充电基础设施建设管理示范文本；六要支持关键技术研发；七要明确安全管理要求，建立安全管理体系、完善有关制度和标准。
三、《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》
《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》是2015年10月9日国务院办公厅印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》的配套文件。
与《指导意见》重在指导具体工作开展有所区别，《发展指南》侧重于对未来对我国充电基础设施布局提供指导，不仅提出了我国“十三五”阶段充电基础设施发展的总体目标，而且还提出了分区域和分场所建设的目标与路线图。
我国充电基础设施发展的目标是到2020年，建成集中充换电站1.2万座，分散充电桩480万个，满足全国500万辆电动汽车充电需求。
（一）分区域建设
《发展指南》将全国分为加快发展区、示范推广区、积极促进地区三个区域，并提出了分区域建设目标。
首先，在北京、天津、河北、辽宁、山东、上海、江苏、浙江、安徽、福建、广东、海南等电动汽车发展基础良好、雾霾治理任务较重，应用条件优越的加快发展地区，新建充换电站7400座，充电桩250万个，满足266万辆电动汽车的需求。
在新能源汽车推广应用城市，公共充电桩与电动汽车比例不低于1：7；城市核心区公共充电服务半径小于0.9公里；其他城市公共充电桩与电动汽车比例力争达到1：12，城市核心区公共充电服务半径力争小于2公里。
率先建成京津冀、长三角、珠三角三个雾霾防治重点区域的城际快充网络，各主要城市间实现互联互通。
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其次，在山西、内蒙古、吉林、黑龙江、江西、河南、湖北、湖南、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃等示范推广区，到2020年新增集中式充换电站超过4300座，分散式充电桩超过220万个，以满足超过233万辆电动汽车充电需求。
在新能源汽车推广应用城市，公共充电桩与电动汽车比例不低于1：8；城市核心区公共充电服务半径小于1公里；其他城市公共充电桩与电动汽车比例力争达到1：15，城市核心区公共充电服务半径力争小于2.5公里。
加强与加快发展地区的互联互通，以高速公路为基础，逐步推进全国范围的城际快充网络建设。
再者，在广西、西藏、青海、宁夏、新疆等尚未被纳入国家新能源推广应用范围的积极促进地区，到2020年新增集中式充换电站超过400座，分散式充电桩超过10万个，以满足超过11万辆电动汽车充电需求。
省会等主要城市公共充电桩与电动汽车比例不低于1：12，城市核心区公共充电服务半径小于2公里；按需开展城际快充网络建设。
（二）分场所建设
《发展指南》还提出了分场所的建设目标。
国家要求，结合公交、出租、环卫与物流等公共服务领域专用停车场所，适当补充独立占地的充换电站，新建超过3850座公交车充换电站，2500座出租车充换电站、2450座环卫与物流等专用车充电站。
在居民区，建成超过280万个用户专用充电桩，鼓励有条件的设施对社会公众开放；在公共机构、企事业单位、写字楼和工业园区等单位内部停车场，建成超过150万个用户专用充电桩。鼓励有条件的设施对社会公众开放。
在交通枢纽、大型文体设施、城市绿地、大型建筑物配建停车场、路边停车位等城市公共停车场所，建成超过2400座城市公共充电站与50万个分散式公共充电桩，满足临时补电需要。
在城际高速公路服务区，2015年之前初步形成“四纵两横三环（四纵：京沪高速、京港澳高速、沈海高速、京台高速；两横：青银高速、沪蓉高速；三环：京津冀、长三角和珠三角）的城际快充网络，建成超过500座城市快充站。
2020年之前，形成“四纵四横”（四纵：沈海、京沪、京台、京港澳；四横：青银、连霍、沪蓉和沪昆）城际快充网络，建成超过1000座城市快充站。
（三）充电服务盈利模式尚未成熟
上述目标的实现并不容易，因为现在充电服务还没有特别清晰的商业模式。
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《发展指南》提出，充电服务尚未形成成熟的商业模式。在部分城市的公交、出租等特定领域，通过实行燃油对价、峰谷电价、充电服务等措施，商业模式取得一定进展，但仍不具备大范围推广应用条件。在面向社会公众的公共充电服务领域，商业模式探索处于起步阶段，由于电动汽车数量少、设备利用率低、价格机制不健全等原因，充电服务企业普遍亏损。
针对上述问题，国家能源局提出，首先要积极引入社会资本，地方政府应有效整合公交、出租场站以及社会公共停车场等各类公共资源，通过政府与社会资本合作（PPP）等方式培育市场主体，为社会资本进入创造条件。目前社会资本对充电桩的建设还处于观望状态，这个行业的商业模式并不清楚。
其次，地方政府重点要尽早出台充电服务的分类指导价格、财政补贴实施细则、为企业提供稳定的政策预期，营造有利的投资环境。
第三，充电服务企业要发挥创新主体的作用，通过积极探索与商业设施、整车销售及售后等方面的合作，利用好融资租赁、特许经营权质押、合同能源管理等业务模式，引入众筹、线上与线下相结合等“互联网”的新兴业务模式，拓展智能充放电、电子商务和广告等增值服务的多种方式进行商业模式创新，提升企业盈利能力。
充电服务短期难以通过充电服务费用收费来实现盈利，企业可以考虑通过拉动集团内部产业上游的装备制造和下游的商贸流通来获取收益，这块业务现在还属于战略投资期。
充电服务本身无法盈利，投资回收周期太长。所以并不指望单独盈利，而是融入乐视的超级汽车生态系统，在生态系统重获得回报。
（四）2016年3月底前地方发布充电基础设施规划
为了确保《指导意见》和《发展指南》落地，国家明确了组织实施体系。
首先，根据《发展指南》各地方政府要承担充电基础设施发展的主体责任，将充电基础设施发展纳入政府专项管理，建立由发展改革（能源）部门牵头、相关部门紧密配合的协同推进机制，明确指责分工，完善配套政策。在2016年3月底前，发布充电基础设施发展规划，制定出台充电基础设施建设运营管理办法，并抓好实施。
从地方政府层面来看，目前已有10个省市出台了充电基础设施的相关政策；已有15个省市出了新能源推广方面的政策，希望其余16个省（市、区）要加快这方面的研究和政策力度。
由各地制定出台充电基础设施建设运营管理办法并不是一个最终选择，这容易导致部分地区可能会产生一定的地方保护现象，并造成市场的分割。
其次，《指导意见》提出，要在中央政府层面加强协调，依托节能与新能源汽车产业发展部际协调机制，加强部门间的协同配合，有重大情况及时向国务院报告。
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具体而言，能源局从严格标准执行、理顺定价机制、加强供电监管、促进互联互通、引入社会资本等方面加快完善充电服务监管；住建部、国土资源部、公安部要从规划建设标准、设施用地、消防安全、交通标识等方面为充电设施建设运营创造有利条件；财政部、银监会、保监会要通过加大财政支持强化金融服务与保障等方式，增强社会资本信心。国管局、国资委要分别指导政府机关、公共机构和国有企业、事业单位率先在内部停车场建设充电基础设施。其他相关部门要按照各自职责分工，做好协调配合工作。
二、充电桩运营模式深度剖析
作为车联网、智能电网的“入口”，充电桩业务潜在价值巨大，在未来智慧城市、智能小区建设中将发挥重要的数据采集与分析、资源优化配置等作用，充电桩业务已具备广阔的发展前景与商业模式创新空间。
一、“充电桩+商品零售+服务消费”模式
以电动汽车充电桩为中心，建立配套的商品零售与休闲服务商业圈，将成为未来大中型城市发展电动汽车及配套产业的新模式。
以德国、丹麦为代表的欧洲国家利用电动汽车车主充换电时间，深入拓展零售、消费等业务，以充换电业务为中心，整合带动了相关产业链发展。德国的充电桩建设实施主体包括汽车厂商、供电企业、供电企业联盟、超市便利店、私人用户等，围绕电动汽车充电的2小时建立了健身、美容、购物中心，提高了充电服务的粘性与增值性。
当前国内仅有特斯拉与酒店、商铺合作共建充电站，计划覆盖全国100多个城市。随着电动汽车的爆发式增长，未来在一线城市内部的商业区域布点建立“充电桩+商品零售+服务消费”的产业发展模式对市场的吸引力将逐渐提升。
二、“充电APP+云服务+远程智能管理”模式
随着移动互联与传感技术的发展，电动汽车车主与充电桩建立实时在线的联系已成趋势。美国ChargePoint公司以及国内电动汽车运营服务商“电桩”公司提供的实时网络信息可以通过手机移动端进行查询，以获取全国范围内可用的充电桩分布情况。
通过设计、应用功能集成度很强的APP，为电动汽车用户提供充电站实时定位，实时掌控充电时间、充电电量，以及充电意外中断、充电预约提醒、故障报警等充电状态远程监控服务。以提升用户体验为目标，提供各项便利，用户可以随时自由安排、取消、变更充电流程，同时提供灵活的支付方式，增强用户粘性。
充电桩运营可以为充电站经营业主提供灵活的管理工具、丰富的大数据分析、便捷的支付交易流程以及24*7*365的后台支撑。例如：
（一）可以提供充电定价多样化选择方案。经营业主可以根据充电时间、充电流程、充电电量或任何一种组合方式进行自由定价，或针对不同的驾驶者群体或每天峰谷时间定价进行收费。
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（二）构建智能后端“云服务”运营平台，提供能源计量与管理系统，为充电站经营业主提供多种充电容量与速率选择，可通过提供灵活的充电容量以降低运营成本。
（三）为经营业主提供详细的大数据分析支撑，为改进提升服务提供依据。基于“云服务”为其提供每个充电站具体每天的有效利用小时数、高峰期利用率、充电需求人数、平均充电周期等内容。经营业主仅需登录账户，即可得到详细的数据分析报告，有效识别各站点运营情况，将关注重点及时聚焦存在经营困难的充电站。其核心在于帮助充电站经营业主集中于充电站运营，而不是站点维护等琐碎内容。
此外，随着充电桩分布范围的不断扩大，无人值守充电站将成为市场主流。日本AEC公司对快速充电站均采用“无人值守、自助操作、远程监控”的管理模式，对于分布在各酒店、旅游景点等地的交流充电桩，由业主单位来管理，自主安排对外开放的时间和定价，并通过网络、运营商、汽车租赁公司公布站点及运营服务等相关信息。
三、“整车厂商+设备制造商+运营商+用户”模式
在下一阶段，通过将整车厂商、设备制造商、用户、充电站经营业主、金融机构等利益相关方有机融合在一起，共同创造富有吸引力的产品和服务，使生态系统中的各类型企业看到广阔的未来市场空间，深入参与到价值链创造的各个环节，最大限度地形成合力，共同推动电动汽车与充电桩市场的发展。
以国内“电桩”为例，与整车厂商开展合作，构建了国内首家电动汽车电商平台，提供在线一站式服务。包括与汽车金融、融资租赁公司等金融机构合作，启动电动汽车金融计划，提供多款金融产品，为源头购车提供便利；同时计划在城市中心兴建智能的电动汽车O2O体验中心，提供不同类型电动汽车试驾体验，促进用户体验，培育潜在的电动汽车用户。
ChargePoint则发挥价值链的主导者作用，不断拓展新的盈利点，推进与利益相关方的协作共赢。至2020年，美国预计将有230万电动汽车用户，其中有10%将会分布在公寓大楼。市场调研表明，大多数用户倾向于提前在家充好电，如果不能实现在家充电，购买电动车的意愿将显著降低。ChargePoint通过启动Multi-Family Home Service，于2015年4月推出公寓用电动车充电座，将充电服务延伸至公寓大楼。由其提供充电桩，安装费用完全由其承担，仅向用户收取每月39.99美元的费用，电费部分则由用户直接支付给公寓物业管理者。如果电动汽车用户搬离大楼，ChargePoint可以暂时关闭用户所属停车格的充电桩，直到下一位电动汽车用户入住再重新启动。
这种双赢的合作，一方面，有效降低了公寓物业管理者的风险，对于公寓大楼而言，电动汽车用户通常是收入较高、社会经济地位较好的优质客户，提供停车场充电桩设施，提升服务附加值，有利于吸引更多高价值住户。另一方面，进驻公寓大楼也将进一步延伸ChargePoint当前的充电网络，有力推进充电桩生态系统利益共享。
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三、电动汽车市场前景
图表 电动汽车发展前景预测
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数据来源：产研智库
四、充电桩行业前景分析
图表 充电桩行业需求预测
数据来源：产研智库
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图表 2015-2020年分散式充电桩需求分析
资料来源：《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》
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图表 全国城际快充网络规划图
资料来源：《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》
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图表 到2020年各地区充电设施建设情况
数据来源：产研智库
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图表 2015-2020充电基础设施分区域建设目标
资料来源：《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》
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图表 2020年充电基础设施分场所建设目标
数据来源：产研智库
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图表 2020年充电基础设施分场所建设目标
1相关研究回顾
电动汽车是零污染、零排放的新能源绿色产品, 具有良好的发展前景,而电动汽车的能量补给是其发展的前提和基础,针对此问题,文献［1 － 2］认为我国新能源汽车面临基础设施建设的难题,并提出了充电设施网络对电动汽车市场普及的重要性以及建充电桩的解决对策。文献［3］对区域电动汽车充电站的选址和建设规模进行了研究,以充电站运行至目标年的效益为目标函数,综合考虑了充电站的运行费用、网损费用和充电站配电变压器的投资。文献［4］对比分析了国内外电动汽车能源供给设施建设现状,并对不同充电设施和不同充电方式的特点进行了阐述; 文献［5］在研究电动汽车对区域电力供应影响的基础上,提出了电动汽车充电设施规划需与配电网规划相结合。文献［6］建立了中国电动汽车的广义Bass扩散模型,预测了2012—2020年电动汽车在中国的销量情况。通过灵敏度分析,还得出了基础设施建设的完善程度比价格更能影响消费者的购买决策。
现有文献对充电站的布局规划、选址、设施利用率及运行模式研究较多,而针对民用充电桩的研究较少,对于充电桩的运营分析更是鲜有,因此本文针对慢充方式的充电桩运营模式进行研究,以期提出一种合理的充电桩运营模式,尽快完善电动汽车的基础设施水平,推动电动汽车的市场化进程。
2国际主流的三种充电桩运营模式分析
目前国际主流的充电桩运营模式有三种,它们分别是: 政府为主导的充电桩运营模式、电网企业为主导的充电桩运营模式、汽车厂商为主导的充电桩运营模式。它们各有优缺点,接下来将对比结果分别进行如下论述:
政府为主导的充电桩运营模式,即政府作为电动汽车充电桩的投资主体,政府组织汽车厂商、电力供应商、设备供应商共同参与充电桩的建设与运营,代表国家如日本和美国。该模式适用于电动汽车发展初期、商业化运行规模较小的阶段,需要政府鼓励和扶持企业从事充电桩的建设。政府出资建设运营充电桩,产生的亏损可由财政负担,可促进电动汽车商业化运行的实施和发展,但是随着充电桩数量的增加,投资需求增大,政府财政将难以支撑,且该模式由于缺乏市场竞争,会导致充电桩项目效率低下。
电网企业为主导的充电桩运营模式,即电网企业作为电动汽车充电桩的投资主体,负责电动汽车充电桩的建设与运营,充电设施具有完全的商业化性质,代表国家有法国和德国。该模式适用于电动汽车商业化运行规模较大,充电用户规模和服务需求相对稳定,投资渠道通畅。目前已有国家电网、 南方电网承担电动汽车充电桩的建设。电网企业建设充电桩是看好充电桩的盈利前景,电网企业建充电桩具备电力资源优势、网络传输优势和技术标准优势,但是缺少终端销售网络和充电桩的运营经验。
汽车厂商为主导的充电桩运营模式,即汽车厂商为促进电动汽车的推广需要,自己投资建设充电桩,如电动汽车生产企业通用、丰田都是自己建设运营充电桩,为用户提供商业化的充电服务。该模式适用于电动汽车商业化运行规模较大,充电服务基础设施良好、商业化条件成熟、投资渠道通畅的发展阶段。汽车厂商投资充电桩,是将充电桩的建设视为电动汽车后市场服务的部分内容,将产品与服务价值链整合,也是按照市场化原则实施商业化运作。但是当充电桩大规模增加时,提供的电力和技术可能无法满足实际需求,充电桩利润受到电价波动的影响。
3我国电动汽车充电桩运营模式的选择
截至2013年底,我国各类新能源汽车累计销售大约4. 5万辆,远落后于美国累计销售20万辆,其中私人购置新能源汽车只有一小部分。电动汽车在我国还处于发展初期,电动汽车基数小,截至2013年底电网企业已累计建成1. 9万台充电桩,并且一小区27个充电桩仅一业主开电动汽车,电网企业布局充电桩闲置情况各地都有存在,电网企业要想获得盈利,还是处于 “万里长征第一步”都没开始的阶段。
因此现阶段不宜单纯采用某一种模式,较为理想的选择应是 “汽车厂商+ 电网企业” 的联盟模式,即汽车厂商和电网企业联盟建设运营充电桩。 电网企业具有电能提供的条件,汽车厂商拥有庞大的终端销售网络以及掌握着充电桩的运营经验,二者的合作能到达互利共赢的局面。汽车厂商在电力技术问题上难以突破,而电网企业建设充电桩也离不开汽车厂商,所以双方的联盟可以实现优势互补, 推动电动汽车标准统一,推动电动汽车市场化进程。 该模式不仅具备理论依据,而且可以克服单纯的电网企业主导模式和汽车厂商主导模式的缺点,能较好地满足现阶段充电桩建设与运营的需要。
3. 1汽车厂商与电网企业联盟模式的理论依据
该模式的理论基础是20世纪90年代后半期西方发达国家兴起,并逐步波及到世界各国及地区, 成为各国及地区普遍采用的供应链合作伙伴关系理论,该理论的核心思想是供应链管理应当以市场需求为导向、以顾客需求为中心,通过合同方式核心企业与成员企业建立起来的共享收益和共担风险的一种合作伙伴关系。汽车厂商与电网企业联盟模式是该模式在电动汽车充电桩建设运营上的具体应用。 ( 供应链合作伙伴关系管理主要是指核心企业与成员企业之间在相互信任的基础上建立合作机制,如图1所示,本文研究的核心企业是电动汽车厂商,成员企业是电力供应商。)
3. 2汽车厂商与电网企业联盟模式的可行性分析
大规模建设充电桩需要大量的土地征用和高额的成本,而汽车厂商与电网企业联盟建设充电桩, 能进行成本分摊、利益共享、风险分摊,能优化资源配置,减少市场成本。2014年公布的数据表明, 今明两年全国充电桩建设的投资额将超过600亿, 其中关于充电桩设备采购的预算达到了120亿元, 所以初期成本巨大。据美国洛基山研究所( Rocky Mountain Institute) 近日对汽车制造商、充电桩服务商、研究机构和不同城市做了一项调查,分析了目前家庭充电桩的建设成本,包括硬件设施、材料、 人工费和安装等项目,如图2所示
本文探讨的民用电动汽车充电市场参与方数量为2个,即电动汽车厂商和电网企业,考虑一个二级供应链,探讨双方合作与否。
假设A1、A2分别代表汽车厂商和电网企业,电网企业A2一方面作为能源供给方为充电桩供电,另一方面建设充电桩直接参与市场。设某地区在特定时段内建充电桩的个数为Mk,充电量为Qk。其中设A1建充电桩的个数为m1,A2建充电桩为m2, 其中m1+ m2= Mk,且m1∈[0,Mk]。
先考虑收入,所有参与方的总收入为
可以得知总收入不随双方合作与否的情况变化, 故主要讨论成本。
设单位充电桩建设成本: A1的成本为a ,A2的成本为b 。其中:
( 1) 假设b为常数,即不随m2的改变而改变。 其理由在于,对于建充电桩的充电线路,电网企业只需在原有电网设施基础上改建调整,新增成本主要由购买充电器硬件成本带来。
( 2) 假设a随m1呈线性增长,设其中且。如图3所示
这个假设的合理性在于,汽车厂商建设充电桩, 需要充电设备和专用的充电线路,其成本结构除了与电网企业类似的建设与运营成本外,还多出了重要的一部分,即建充电桩所需要承担的支付给电网的租用费用。由此可得,k2为m1= 0时的单位成本, 即汽车厂商不需要支付电网租用费时的单位成本d1, 那么a1- k2= k1m1为汽车厂商需要支付的电网租用费dm1,kiMk为充电桩全由汽车厂商建设时的电网租用费,得出:
结合图3,从电网企业的角度来看,当m1= Mk时,汽车厂商的成本最高,此时电网企业的成本远低于汽车厂商,因此电网企业必然会参与进来。当m1= 0 ,电网企业成本又高于汽车厂商很多,所以电网企业也不可能负担起所有的业务。
从汽车厂商的角度来看,要使dm1降低,就只有降低m1,也就是让电网企业建一部分充电桩,选择与电网企业合作,即汽车厂商和电网企业联盟合建充电桩。但是m1当降低到一定程度,汽车厂商的成本又低于电网企业,有更多的利润,所以m1不等于0,也就是充电桩市场不可能只有汽车厂商或者电网企业一家参与,充电桩建设将由汽车厂商和电网企业联盟, 共同参与建设与运营,从而降低成本,优化资源配置。
3. 3联盟模式下充电桩的运营分析
目前政府对充电基础设施的补助力度在加大, 政府为了鼓励电动汽车的使用,2013年上海市出台了电动汽车充电桩的补贴政策,一个充电桩最高可享受30% 的补贴,建桩的成本将大大减少。政府不直接参与基础设施的建设,而应是制定发展战略进行市场规范,必要的时候提供一些有效的激励政策。
充电桩是向电动汽车用户提供快速、高质量的电能供应服务,其建设运营需要综合考虑充电汽车数量、运行费用、政府政策等因素。本文探讨的充电桩是小区民用充电桩,应区别于公用充电桩。建立充电桩的利润函数 П 为:
式中,П 表示利润函数; η 表示政府的补助金额; Cc表示充电桩的年均建设成本; Co表示充电桩的年均运行成本
1) 充电桩的年总收入R
ε 表示充电一次的费用; ρ 表示每年的充电次数;
Q表示电动汽车的运营数量
2) 充电桩的年均建设成本Cc
年均建设成本为基础设施费用,主要是购买充电电器的费用,因此年均建设运行成本可表示为:
r表示成本回收率; k表示投资回收年限; φ 表示购买充电桩基本设施的单位建设费用; M表示充电桩的个数。
3) 充电桩的年均运行成本Co
充电桩的运行成本主要包括充电桩购电费用和人工工资、设备维护费用,故充电桩年均运行成本模型为:
j,f,e表示发电的成本系数; β 表示人员工资,设备维护等费用折算为充电桩年收入的系数
根据式( 4) ~ ( 6) 可得目标函数:
由式( 7) 得,所以 П 是关于Q严格的凹函数。再令,即可得所以当Q = Q*,充电桩运营的利润达到最优。
再讨论收支均衡模型:
将式( 4) ~ ( 6) 带入得:
将其变形可得:
在matlab中运行,充电桩与电动汽车的配比情况如下图所示:
( 横轴表示电动汽车的数量,纵轴表示充电桩的个数)
由图4可知,当电动汽车拥有量较小时,充电桩的数量应该随着电动汽车的数量增加而建设; 当运营的电动汽车数量增加到一定规模时,电动汽车市场稳定,充电桩可以共用,建设充电桩的速度可适当放缓。
汽车厂商和电网企业联盟模式下充电桩的普及率会大幅度提高,电动汽车的潜在消费人群就不用担心充电问题。电网企业负责充电智能网络的铺设, 汽车厂商将充电设施纳入自身的产品售后服务体系, 由于汽车厂商掌握着终端客户的信息,双方的联盟能给电动汽车消费群体带来便利。建设初期电网企业和汽车厂商共同支付一定的建桩费,当用户给电动汽车充电时电网企业和汽车厂商向用户收取一定的充电费用来实现自身的盈利。电动汽车充电电价将按民用电价加上10% 的利润值收费,执行峰谷电价优惠,夜间充电将更便宜。
3. 4联盟模式下双方职责界定
国家电网在建设方面负有以下职责,负责制定充电桩建设管理的制度、办法、标准; 负责充电桩建设的总体规划编制与实施; 负责制定充电桩建设的行业标准; 负责充电网络的布线与供电。在运行方面,合理核定电动汽车充电桩的运营成本和服务价格; 负责研究、协调充电桩运行过程中的重大事项和问题; 负责指导、监督、考核、评价充电桩的运行管理工作。
汽车厂商的主要职责是给消费者安装充电桩; 为电动汽车用户提供安全可靠的优质服务; 不断提高电动汽车充电桩的运营效率; 不断促进电动汽车充电桩的技术革新。
总之电网企业一方面为充电桩供电,作为能源供给方,另一方面建设充电桩直接参与市场,输配电等关键环节和运营管理由电网企业负责。出资与设备提供由汽车厂商负责,并委派4S店负责给电动汽车用户安装充电桩。
4结语
从以上的分析表明,汽车厂商和电网企业同时参与并建立联盟,是电动汽车充电桩市场上最为合理的合作模式。本文还以充电桩综合最大利润为目标,该目标函数考虑了建设充电桩所需的充电电器等固定设备成本以及人工工资、设备维护费用等运行成本,求解了能使充电桩利润最大化的电动汽车运营数量,同时通过matlab对某假定区域电动汽车充电桩和电动汽车数量的配比进行了仿真。最终得出了一些有意义的结论: ( 1) 充电桩服务的最优电动汽车数量与发电的成本系数相关,随着发电的成本系数的减小,运营的电动汽车数量增大,联盟运营充电桩模式的利润呈先减小后增加的趋势。 ( 2) 当电动汽车规模较小时,充电桩的数量应该随着电动汽车的数量增加而建设; 当运营的电动汽车数量达到一定规模时,电动汽车市场稳定,充电桩可以共用,建充电桩的速度可适当放缓。本文一些研究结论是在一定的假设条件下得出的,但针对充电桩联盟运营模式所采用的建模思路、量化分析方法, 以及研究中所得出的结论,将为实际中电桩联盟建设运营提供思路和模式。另外对于汽车厂商和电网企业联盟后的利润分配设计问题,还可以进一步采用收益共享契约进行探讨。
摘要：以电动汽车民用充电桩为研究对象,在分析充电桩建设运营的政府主导模式、电网企业主导模式、汽车厂商主导模式等三种模式利弊的基础上,结合我国的实际情况,提出我国现阶段应实行汽车厂商与电网企业联盟建设充电桩的模式。建立一个考虑政府补助,建设成本和运行成本的充电桩利润函数模型,并提出充电桩运营的基本思路,为电动汽车充电桩在中国的长期发展提供思路和理论基础。
关键词：影响因素；技术分析；预测模型
随着我国节能汽车技术研发的日趋成熟和市场需求量的日益增长，电动汽车的逐渐推广，当前对电动汽车行业发展进行限制的最大因素即为该行业相关配套设备以及充电站建设的滞后性。对国内已经建好的充电站进行观察和分析可知，其中有很多充电站是闲置，没有发挥其充电作用，同时对我国资源造成了很大的浪费。本文运用实例对H市电动汽车充电站项目需求规模进行以下几个方面可行性分析，希望有利于加快H市电动汽车充电基础设施建设，对其他城市电动汽车充电站项目建设提供借鉴价值。
一、充电站规模以及技术影响因素分析
（一）充电站规模的影响因素
1、电动汽车保有量。不断发展的经济以及对新能源汽车发展不断起到鼓励和支持的政策的出台，进而就有了不断上升的电动汽车保有量，这对充电站的需求呈直线上升，充电站对电网的配电功率要求也越来越高。
2、电动汽车每次充电功率。根据前面的研究可以得出，配电功率在充电站的生产量测定中是基本的指标。通过分析电动汽车充电功率与充电站的配电功率呈正比关系
3、电汽车汽车电源性质。动力电池性质特点，即单次充电的续航里程以及日均充电次数、每公里消耗电量、充电时间等，即当车辆日行驶里程相同前提下，若对电动汽车是充电次数增加，即会使蓄电池完成的续航能力减少。其充电时间会随着每公里所耗费电量增多而增多，那样的话电动汽车就无法达到我们生活中所需的量。所以需要对于电动汽车的充电时间要有一个规范。这时，对充电站的需求随配电功率要求逐步提高也越来越大。
4、电动汽车日平均行驶里程。通常来说，汽车一日驾驶的路程越远，动力电池所要供应的能源也就越多，如果将充电时间与其他变量进行控制的话，充电站所需的配电功率也就越高。根据调查相关数据可知，电动汽车每当增多其日行驶里程时，其充电站的规模也会相应增多，若其他变量固定前提下，电动汽车每天平均行驶里程与充电站规模成正相关的关系。
（二）充电站项目建设技术分析
1、充电能力。不同类型的充电站所具备的充电能力是不同的，一般来说，大型充电站和中型充电站都可以为商用车进行充电，并且大型充电站充电能力要高于中型充电站，可以达到不同电动汽车的使用需求。
2、服务时间。对于不同类型的电动车，充电的方式以及每种充电方式所需要的时间都是不同的，因此，为了优化充电过程，节省充电时间，一般需要根据实际情况对充电站点进行布置，合理配置资源。
3、布设密度和服务半径。对于充电站点的布置安排，需要考虑很多因素，首先要考虑电动汽车充一次电可以行驶多远，这是最主要的参考依据，其理论值一般在150～200km范围内，因此所设置的服务半径应小于这个理论值。其次，需要考虑电池的实际使用情况，服务半径可选在100km左右，这是最有效的服务半径。
4、设置间距。对于充电站点之间的间距安排不应该是统一固定的，而应该根据站点所在的实际位置进行合理科学的分析来确定。对于分布在城市建设用地范围内，如果充电站点所在位置交通比较发达，地理位置较为重要，则间距应该适当减小，如果充电站点所处位置比较偏僻，则应该将间距适当扩大，以节省资源。而对于分布于非城市建设用地范围内的充电站点，可以根据所处道路等级来进行间距的设置，如果是等级较高的道路，例如国道等，可以将间距适当减小，如果是等级较低的道路，例如县级公路等，可以将间距适当扩大。
二、充电站需求预测模型
电动汽车充电站需求规模大小要把不同充电机所可以供应的功率大小考虑到。在进行估算充电站需求量的时候，考虑的关键性因素是城市拥有电动汽车的数量，在此前提下再进行电动汽车充电站其他影响因素的分析，并且将所有的影响因素以具体的形式表现出来，建立起可以计算出来的变量以及数学算式，接着在运用一定的数学模型计算出电动汽车到底需要修建多少数量的充电站。构建充电站的需求预测模型时，可以把配电功率作为变量X。通过前面的描述我们可以看出，电动汽车充电站和充电需求量之间的关系就类似于加油站与当地的汽车总量之间的关系，因此，充电站的需求估算模型应该是：
X=M·AS·P/T·N/1000（1）
N=L/S（2）
其中：X是配电功率，单位为Kv·A；M是修正系数，大小在0到1之间；A是这一地区的电动汽车保有量，单位为台；S是每次充电可以驾驶的平均路程，单位是千米；P是行驶一千米所耗费的电量，单位是VA·h/km；T是每次充电平均时间，单位是小时；N是总的充电数，单位为次；L是一台电动汽车每天可以驾驶的路程，单位：km。
我们需要注意的是并不是全部的电动车在进行充电的时候都会去充电站完成，而存在一部分人是会在家里给电动车进行充电的，所以我们要借助模型修正指数M，M的值为大于0小于1之间。除此之外，电动车日平均行驶的里程会受到其所在城市和电动车种类二者的限制，类型不同的电动车其电池性能是不可相提并论的，因此，两种不同类型的电动车在行驶一定里程的时候所耗费的电量是有所不同的，并且随着技术的升级，电池的性能也会日益完善，从而单次充电行驶路程会增加以及充电时间的会缩短。
三、充电站建设规模
根据目前充电站建设情况，根据充电站配电功率大小以及充电站设备数量多少区分，从而就能够把充电站对应的分成三大类；如果是以充电机的充电能力以及功率来作为区分的准则，此时充电设备主要可以分为以下四种类型。分类如表1和表2所示。
为将充电站需求预测模型的功能更好地发挥出来，我们需要做的是：在估测完充电站充电功率需求量的基础上，结合区域经济和电动汽车的发展情况，对充电功率进行合理的分配，从而计算出不同区域充电站建设类型及数量。
四、算例结论
根据上述的需求预测模型对H市充电站建设规模进行初步预测。估测出的结果是：2016年的年底，H市电动汽车保有量为1800台，充电桩需求为629台，时隔2年后，2017年这两方面的拥有量分别是4000和1385台。
结合H市的现实状况和充电站的不同规模类型，预测H市充电站需求如表3所示。
（作者单位：惠州商贸旅游高级职业技术学校）
参考文献：
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[2] 张曦予，李秋硕.电动公交车充电站功率需求影响因素分析及建模[J]，现代电力，2014.1
[3] 康继光，卫振林.电动汽车充电模式与充电站建设研究[J]电力需求侧管理，2009.9
[4] 徐凡，俞国勤，顾临峰，张华.电动汽车充电站布局规划浅析[[J].华东电力，2009.10
ICS 备案号:Q/CSG Q/CSG12001-2010中国南方电网有限责任公司企业标准 电动汽车充电站及充电桩验收规范
CodeforacceptanceofconstructionofEVchargingstations andchargingpoints 2010-11-25发布2010-11-25实施 发布中国南方电网有限责任公司-1-Q/CSG12001-2010目次 前
言.................................................................................................................................................................II1范
围.................................................................................................................................................................-1-2规范性引用文
件............................................................................................................................................-1-3名词术 语.........................................................................................................................................................-2-4总
则.................................................................................................................———————————————————————————————————————————————
................................................-3-5充电站验 收....................................................................................................................................................-3-5.1验收内容及要
求..........................................................................................................................................-3-5.2验收合格标
准..............................................................................................................................................-4-5.3验收文档资
料..............................................................................................................................................-4-6充电桩验 收.....................................................................................................................................................-5-6.1验收内容及要
求.........................................................................................................................................-5-6.2验收合格标
准.............................................................................................................................................-5-6.3验收文档资
料.................................................................................................................———————————————————————————————————————————————
............................-5-附录A充电站(桩)验收流程(规范性附 录)..........................................................................................-7-附录B充
电机验收大纲(规范性附
录)......................................................................................................-8-附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附
录)....................................................................................-10-附录D充电 站系统整体性能验收大纲(规范性附
录)............................................................................-15-D.1通信测
试...................................................................................................................................................-15-D.2变配电设备的可靠性测
试......................................................................................................................-17-D.3充电站对配电网的谐波影响测
试..........................................................................................................-18-D.4用户界面及程序入
口..............................................................................................................................-18-I Q/CSG12001-2010前言
为贯彻落实国家节能环保，促进电动汽车推广应用，延伸供电服
———————————————————————————————————————————————
务价值链，指导和规范南方电网电动汽车配套充电设施建设，特制定本规范。本标准是中国南方电网有限责任公司电动汽车充电技术系列标准之一，该系列技术标准包括以下标准: Q/CSG11516.1-2010 Q/CSG11516.2-2010 Q/CSG11516.3-2010 Q/CSG11516.4-2010 Q/CSG11516.5-2010 Q/CSG11516.6-2010 Q/CSG11516.7-2010 Q/CSG11516.8-2010电动汽车充电设施通用技术要求电动汽车充电站及充电桩设计规范电动汽车非车载充电机技术规范电动汽车交流充电桩技术规范电动汽车非车载充电机充电接口规范电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议电动汽车充电站监控系统技术规范电动汽车充电站及充电桩验收规范
本规范由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。
本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口、组织编写并解释。
本规范起草单位:广东电网公司、广东电网公司电力科学研究院、深圳供电局、广东省电力设计研究院、深圳供电规划设计院有限公司、深圳新能电力开发设计院有限公司
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本规范主要起草人:余南华、胡玉峰、曾强、黄志伟、李飞、梁晓兵、蒋浩、王晓毛、孙卫民、邓伟光、柯丽、罗俊平
本规范主要审查人:皇甫学真、刘映尚、陈建福、钟连宏、吴宇宁、李鹏、张志祥、殷承良、裴爱华、王磊、杨家全
II Q/CSG12001-2010 电动汽车充电站及充电桩验收规范 1范围
本标准规定了中国南方电网有限责任公司电动汽车充电站及充电桩验收应遵循的基本原则。本标准适用于中国南方电网有限责任公司及所属(含代管)各有关单位电动汽车充电站及充电桩新建、扩建和改建工程的验收工作。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而构成本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB50052-2009 GB50053 GB50054供配电系统设计规范10kV及以下变电所设计规范低压配电设计规范 ———————————————————————————————————————————————
3~110kV高压配电装置设计规范 电力工程电缆设计规范
火力发电厂与变电站设计防火规范 建筑设计防火规范
建筑物防雷设计规范(2000年版)建筑照明设计标准 外壳防护等级(IP代码)声环境质量标准 GB50060-2008GB50217-2008GB50229-2006GB50016-2006GB50057-19 94GB50034-2004GB4208-2008GB3096-2008 GB50260电力设施抗震设计规范
GBJ147电气装置安装工程高压电器施工及验收规范
GBJ148电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范 GBJ149电气装置安装工程母线装置施工及验收规范 GB50150-2006 GB50168-2006 GB50169-2006 GB50171 GB50254电气装置安装工程电气设备交接试验标准电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范电气装置安装工程接地装置施工及验收规范电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范电———————————————————————————————————————————————
气装置安装工程低压电器施工及验收规范 建筑装饰装修工程施工质量验收规范 建筑地面工程施工质量验收规范-1-GB50210-2001GB50209-2002 Q/CSG12001-2010 GB50202-2002 GB50204-2002 GB50207-2002 GB50258 GB50259建筑地基基础工程施工质量验收规范混凝土结构工程施工质量验收规范屋面工程质量验收规范1kV及以下配线工程施工及验收规范电气照明装置施工及验收规范
电能计量装置技术管理规程 电能质量技术监督规程
电测量及电能计量装置设计技术规程 DL/T448-2000DL/T1053-2007DL/T5137-2001 DL/T621 DL5027交流电气装置的接地电力设备典型消防规程 变电站安健环设施标准
电网建设工程安全和环境管理设施规范应用手册 电动汽车充电设施通用技术要求 电动汽车充电站及充电桩设计规范
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电动汽车非车载充电机技术规范 电动汽车交流充电桩技术规范 电动汽车非车载充电机充电接口规范
电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议 电动汽车充电站监控系统技术规范
Q/CSG10001-2004CSG/MS0912-2007Q/CSG11516.1-2010Q/CSG11516.2-2010Q/CSG11516.3-2010Q/CSG11516.4-2010Q/CSG11516.5-2010Q/C SG11516.6-2010Q/CSG11516.7-2010 3名词术语 3.1验收Acceptance 指充电站、充电桩设施在现场安装调试完成后，在投入试运行前进行的验收工作，其目的是检验充电站、充电桩设施整体功能、性能是否满足实际运行的需要。
3.2工厂验收FactoryAcceptance 指充电站、充电桩有关设备在出厂前进行的测试检验工作，其目的是检验设备的功能和性能在工厂模拟测试环境下是否满足相关技术规范和项目技术合同的具体要求。
3.3差异Difference 指验收测试过程中发现的各项功能及性能、相关软硬件设备与合同技术文件或相关技术规范所规定的条款之间存在不相符合的项目，或者新提出的与原合同技术文件或相关技术规范不一致的技术要求。
3.4缺陷Defect ———————————————————————————————————————————————
指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的基本功能和主要性能指标，且影响系统正常运行和功能使用的问题。
3.5偏差Deflection 指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的具体功能和性能指标，但不影响系统稳定运行且可通过简易修改补充得以纠正的问题。
-2-Q/CSG12001-2010 4总则 4.1充电站、充电桩设施验收必须执行国家、行业及公司有关法律、法规、技术标准，符合电力建设施工、验收及质量验评标准、规范的有关要求，确保充电站、充电桩投运后安全、可靠。
4.2验收前，相关单位应完成工作并递交申请文件，满足如下验收条件，方可进入验收流程:(a)制造单位已向建设单位提供产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)制造单位已向建设单位提交设备工厂验收报告。
(c)施工单位完成充电站(充电桩)全部设施、安键环设施的现场安装工作及调试传动试验工作，完成“三检”工作，并已向建设单位提交安装记录、安装调试报告及其他验收所要求的工程资料。
(d)监理单位完成自验收工作，并向建设单位递交自检报告。———————————————————————————————————————————————
(e)施工单位向建设单位提交验收申请报告。
4.3验收条件具备后，建设单位应按附录A所示进入验收流程。
4.4在验收过程中，验收工作组应按照验收大纲和验收流程进行该阶段的验收工作，并在验收测试工作结束后完成验收报告的编制、上报和审批工作。
4.5验收完成后，验收工作组对发现的问题应发出整改通知书，提出限期整改意见，并对整改情况进行跟踪和反馈，根据需要再次组织验收，直至整改合格。
5充电站验收 5.1验收内容及要求 5.1.1充电机验收
具体试验方法与要求参见附录B。5.1.2监控部分验收
具体试验方法与要求参见附录C。5.1.3供配电设施验收
本部分所有试验应符合《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-2006)。
供配电设施验收由以下部分组成: 5.1.3.1电缆
应符合《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB50168-2006)。5.1.3.2变压器
———————————————————————————————————————————————
应符合《电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范》(GBJ148)。
5.1.3.3高压开关柜
应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
5.1.3.4低压开关柜
应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
-3-Q/CSG12001-2010 5.1.3.5低压母线
应符合《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》(GBJ149)。5.1.3.6开关柜及二次回路结线 应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
5.1.3.7低压配线
应符合《1kV及以下配线工程施工及验收规范》(GB50258)。5.1.4其它部分验收 5.1.4.1防雷接地装置
应符合《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169)。5.1.4.2照明灯具及配线
———————————————————————————————————————————————
应符合《电气照明装置施工及验收规范》(GB50259)。5.1.4.3土建工程
应符合《建筑地面工程施工质量验收规范》(GB50209—2002)、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)、《屋面工程质量验收规范》(GB(50207—2002)。当充电站内有装饰设计内容时，还应符合《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》(GB50210—2001)。
5.1.4.4安键环设施
应符合《变电站安键环设施标准》(Q/CSG10001,2004)。5.1.5系统整体性能验收 具体试验方法与要求参见附录D。5.2验收合格标准
满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。(b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收必须满足本规范附录的验收内容、要求及方法、项目技术文件和本规范要求，且无缺陷项目，验收结果偏差项目总数不得超过2%。
5.3验收文档资料
5.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等———————————————————————————————————————————————
技术文件。
(b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。-4-Q/CSG12001-2010(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。
5.3.2验收技术文件,内容包括:(a)技术联络会纪要。
(b)由设计单位出具的设计变更书。
5.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。5.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。
(b)验收报告(含测试大纲)。(c)验收差异汇总报告(同时作为验收遗留问题备忘录;制造单位、施工单位、调试单位等应对每一项差异提出解决方法和预计解决时间，限期处理完成)。
(d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。
(e)验收测试统计及分析报告。
———————————————————————————————————————————————
6充电桩验收 6.1验收内容及要求
验收的技术要求参见《电动汽车交流充电桩技术规范》(Q/CSG11516.4-2010)。
6.2验收合格标准
满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。
(b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收结果必须满足验收大纲要求、项目技术文件和本规范要求。(d)无缺陷项目，偏差项目总数不得超过2%。6.3验收文档资料
6.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。
6.3.2验收技术文件,内容包括: ———————————————————————————————————————————————
(a)技术联络会纪要。-5-Q/CSG12001-2010(b)设计变更书(系统设计有变动的情况下有效，设计单位提交)。6.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。6.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。
(b)验收报告(含测试大纲)。
(c)验收差异汇总报告(同时作为验收遗留问题备忘录;制造单位应对每一项差异提出解决方法和预计解决时间，限期处理完成)。
(d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。
(e)验收测试统计及分析报告。-6-Q/CSG12001-2010 附录A充电站(桩)验收流程(规范性附录)-7-Q/CSG12001-2010 附录B充电机验收大纲(规范性附录)表1充电机安装工程验收测试表 编号1.1 123456789序号
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测试项目外观
检查充电机铭牌、合格证、型号规格是否符合要求。检查外壳是否采用金属，壳体坚固，结构上防止人体轻易触及露电部分。
检查柜体安装是否整齐，固定可靠，框架无变形。检查柜体的漆层是否清洁无损。检查柜体接地是否牢固良好。
检查开启门是否用裸铜线与接地金属构架可靠连接。
检查基础型钢允许偏差，成列安装允许偏差是否满足要求，检查柜间连接是否牢固。检查充电机安装垂直倾斜度不超过5%。
防锈(防氧化):充电机铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。
防盗保护:室外充电机外壳门应装防盗锁，固定充电机的螺栓必须是在打开外壳的门后才能安装或拆卸。机屏电器123456 1.3 12345678 检查充电机屏上各电器的名称、型号以及运行标志是否齐全、清晰。充电机屏上各个元器件应拆装方便。
充电机屏的发热器件应安装在散热良好的地方。检查熔断器规格，自动开关整定值是否符合设计要求,检查开关是否操作灵活，有无较大振动和噪声。检查充电机屏上信号是否显示正确。检查直流母线排尺寸是否符合要求，正负母线标识及相色是否正———————————————————————————————————————————————
确，是否连接牢固，固定可靠，是否与导线连接牢固可靠，是否采用阻燃绝缘铜母线。机屏二次回路及端子排
二次回路应按图纸施工，接线正确。导线与电气元件应连接牢固可靠。屏、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。检查线芯标识正确、规范，二次回路的编号是否满足要求。
配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。二次回路接地应设专用螺栓。
检查电流回路和其它回路导线的截面是否满足要求。
检查可动部位导线的安装是否符合要求。端子排应无损坏，固定牢固，绝缘良好。
现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看
-8-现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看测试方式
测试记录 单项测试结论 10 1.2 现场查看 Q/CSG12001-2010 ———————————————————————————————————————————————
9101112131415 1.4 12345678 1.5 1 1.6 123456 1.7 端子应有序号，端子排应便于更换且接线方便。端子排离地高度宜大于350mm。
交流回路电压超过400V者，端子板应有足够的绝缘强度。检查端子与导线截面是否匹配。
连接件应采用铜质制品，绝缘件应采用自熄性阻燃材料。
端子牌应标明编号、名称，其标明的字迹应清晰、工整，且不易褪色。同一个端子并接的线芯不超过两根，不同线芯的导线不并接入同一个端子。机屏电缆接线
检查线径是否符合设计标准。
线耳与导线要压接搪锡焊牢，接头部分热缩包牢。检查引入柜电缆和铠装电缆的安装是否牢固。柜内电缆芯线应水平或垂直配置。强弱电回路不应使用同一根电缆。电缆接头无锈蚀，电缆孔密封。直流母线及接头应满足长期通过设计电流的要求，屏间引线应满———————————————————————————————————————————————
足长期通过设计电流的要求。检查充电机屏内所有电缆牌的标记是否清楚。机屏表计
检查所配表计数字显示是否清晰。人机界面与操作
检查人机界面的菜单切换功能和定值设置是否符合设计要求。
改变人机界面定值时，充电机仍应能够正常工作。充电机开停机操作正常，急停开关是否工作正常，充电机启动和停电恢复是否由人工确认后才能恢复。
检查人机界面的模拟量采集及显示数据是否正确，功能是否正常。检查人机界面是否符合《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)中6.7.3规定的要求。检查GPS对时功能是否正常。充电机重要功能、性能指标
三遥测试:充电机“遥测、遥信、遥控”功能的检查按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)附录A，对照主站充电机人机界面及操作，进行对比测试。
充电机输入/输出电流电压值指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)指标范围进行对比。
低压辅助电源指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。现场操作现场操作现场操作现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看———————————————————————————————————————————————
现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看 1现场操作 2现场操作 3现场操作-9-Q/CSG12001-2010 4 电气绝缘性能测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试绝缘电阻和漏电流指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。
噪声测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。充电机连接器123 功能测试:能够通过各项充电测试，BMS系统能正确响应充电过程。内部绝缘体应无裂纹或伤痕。外壳、手柄及电缆应无损伤或变形 现场操作查看现场查看现场现场操作 5 1.8 现场操作
测试结论:合格?/不合格?测试人员: ———————————————————————————————————————————————
附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附录)表2系统平台总体测试表 单项测试结论
编号序号测试项目测试方式测试记录 2.1系统结构检查
检查系统是单网或冗余双网的配置，要求双网配置。1检查主备双网冗余配置 测试结论:合格?/不合格? 表3系统应用功能测试表 序号 测试人员: 编号3.1 测试项目数据采集 测试方式
测试记录单项测试结论 12345 3.2 1 支持多种规约，包括101、104、(a)正确填写各装置的通道类型、通道号、波特率、对应规约(可以选择多种规约，IEC61850 包括101、104、61850)等内容。人工或定时召唤数据周期可 ———————————————————————————————————————————————
(b)在人机会话界面上修改对应的门槛值。调(c)打开监视界面，点击通道状态一览，核
对接收的数据进行错误检查对通道状态显示是否正确。(d)打开监视界面，点击GPS信息，查看当
前GPS的时间，并检查其它节点机是否SOE数据处理 与此时间一致。
(e)通过终端装置产生一个变位遥信，打开接收卫星时钟的时间信号 事项查看器或者人机界面模块，查看是模拟量处理测试数据有效性检查(a)在数据库编辑器的遥测表，可以设置系 数和上下限值。-10-Q/CSG12001-2010 2 3 4 3.3遥测投退可设置遥测量可设置系数有效上下限值的设置状态量处理测试 正确判断事故遥信变位和正 常操作遥信变位
统计开关动作次数，动作次数
——————————————————————————————————————————————— 到达限值时报警(a)在发数端产生一次遥信变位，观察人机会话界面中相应厂站一次接线图上此遥信的状态变化情况和事项情况。(b)右键点击次开关，选择属性，观察动作次数的变化情况;选择右键菜单的置入
功能，观察开关的置入情况。
(c)将此开关设置成检修状态，再次产生变 为遥信，观察告警屏蔽情况;同时选择 遥控菜单，观察在检修状态下的遥控闭 锁功能。
(d)性能指标应满足《电动汽车充电站监控
系统技术规范》的相关要求。123状态量可以人工设定及展示4检修状态下开关的告警屏蔽
和遥控闭锁功能 统计计算功能的测试3.4 1 2 3.5计算功能和自定义计算公式动作次数、事故动作次数等统计功能事项及告警处理测试内容(a)统计计算公式是否可以修改。(b)按主站系统操作说明书进行测试。观察动作次数、事故动作次数等信息
1事项报警、事故推画面、打印(a)产生一个遥信变位，在人机界面模块中查看事项跟踪窗口，是否有事项的显示，查看画面上对应的遥信是否有声光报警。(b)打开事项查看器的历史窗口，查看事项 ———————————————————————————————————————————————
是否存入历史数据库。
(c)在人机界面模块中右键点击某遥测，设 置报警限制，并手动产生一个越限的遥 测值，查看报警情况。3.6 1遥控功能的测试遥控操作的检查 2 3.7 1 2 3.8遥控事项记录功能事故追忆和重演功能的测试数据完整，能够反演出正确数据可以手动逐个时间断面查看数据库管理功能的测试打开人机界面模块，进行遥控操作，查看现场是否有遥控事件产生，是否对所产生的遥控事项有记录。在人机界面上选择相应的事故，进行重演，打开一次接线图进行自动或人工重演。
-11-Q/CSG12001-2010 1 2 3 3.9 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.10 1 2 3 3.11 1 2 3具备数据库维护工具数据库存储参数的修改操作数据库修改权 限的设置人机会话功能的测试通过权限级别控制使用者访问系统的 能力及其操作控制范围图形的汉字显示图形多窗口、无级缩放、漫游、———————————————————————————————————————————————
分层分级显示设备快速查询和定位功能可根据需要设置、闭锁各种类型的数据支持设备挂牌人工置数网络拓扑和动态着色事项告警灵活方便多样的调图方式CPU负荷展示磁盘使用情况的展示具有操作员注释功能系统时钟和对时功能的测试GPS时钟是否已接入人工设置系统时间，系统内各节点机时间一致对终端的对时操作打印功能测试报表的打印功能实时事项的打印功能历史事项的打印功能GPS的性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求按测试项目内容进行测试。(a)打开数据库编辑器，查看数据的编辑操作。(b)检查数据存储选择和存储参数设置功能。(c)修改某个数据表中的数据，检查是否有相应的操作权限产生。
-12-Q/CSG12001-2010 测试结论:合格?/不合格?测试人员:-13-Q/CSG12001-2010 表4系统管理功能测试表测试
记录单项测试结论编号序号测试项目测试方式 4.1 1 2 4.2 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4.3 1 2 3 4 4.4 1 2 4.5 1 2系统通信服务功能的测试通信接口通信状态监视系统配置管理功能的测试系统运行方式管理冗余管理模块自动切换及手动切换系统性能监视查看CPU负荷、磁盘占用情况查看磁盘、网卡状态查看各机器状态查看各机器上模块状态权限管理操作权限设置操作记录查询时钟管理自动对时手工对时(a)设置各类操作人员的操作权限，保证系统的安全运行。(b)各类操作均有记录，并可查询。(c)查看CPU负荷、磁盘占用情况等。(d)查看磁盘、网卡和软件的状态。(e)性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求。通过系统提供的管理工具进行测试(a)检查系统提供的分布系统中各节点以及各任务间统一的透明的通信接口。(b)检查系统提供的网络通信状———————————————————————————————————————————————
态监视功能。检测系统自动、手动对时功能，保证全系统时钟的一致性。测试结论:合格?/不合格?测试人员:-14-Q/CSG12001-2010 附录D充电站系统整体性能验收大纲(规范性附录)充电站系统整体验收是对整个充电站系统各部分组成主要功能、性能之间的配合协作能力的一种验收方式。当各部分设备验收完成后，在特定的时间准备好必要的车辆，将整个充电站所有的充电机全部开启并处于最大功率，在测试过程中重点测试各通信网络的可靠性、变配电设备的可靠性、整个充电站对电网注入的谐波电流以及用户界面及程序入口测试。
D.1通信测试
(a)监控系统与充电机间开关量测试
表5监控系统与充电机间开关量测试表测试结果 序号检查对象 变位从 0?1 1 2 3 4YX1YX2YX3YX4变位从1?0主站响应时间结论
———————————————————————————————————————————————
验收结论:合格?/不合格?测试人员: 注:测试选取充电机的开关状态位进行，主站应能及时反映上述遥信状态的变化;或观测实际充电过程中的遥信点的变化得出测试结果。
(b)监控系统与充电机间模拟量测试 表6监控系统与充电机间模拟量测试表 序号 1 2 3 4 验收结论:合格?/不合格?测试项目YC1YC2YC3YC4测试人员:测试输入值测试结果备注
注:
1、通过调试设备在充电机等终端装置加入测试值，检测主站显示的模拟量值与充电机等终端装置的实际电流、电压值是否一致;
2、改变充电机等终端装置的采集值即测试输入量值，检测主站能否正确及时的改变，改变值是否对应一致。
-15-Q/CSG12001-2010(c)充电机间自检报告及异常告警事件测试 表7充电机间自检报告及异常告警事件测试表 测试结果
———————————————————————————————————————————————
序号 检查对象 输入量 12 充电机自检充电机接口中 断 1-01-0 充电机 主站 响应时间 结论合格或不合格 验收结论:合格?/不合格? 注:模拟装置异常告警，检测主站是否正确反映。(d)主站与充电机定值测试 测试人员: 召唤充电机定值，检测主站与充电机实际的定值是否一致;是否可以实现各台充电机定值的定期召唤和比对，召唤周期是否可设置。
表8定值测试表 序号1234 测试项目
召唤充电机定值，检测与充电机实际的定值是否一致断开一台充电机的情况下，召唤全部定值的时间断开两台充电机的情况下，召唤———————————————————————————————————————————————
全部定值的时间定值改变告警 测试结果 响应时间 备注
验收结论:合格?/不合格?(e)故障模拟测试 测试人员: 模拟各种故障，检测主站能否正确及时的显示动作报告、故障报告，同时测试报文上送的时间，观察不同装置同时动作情况下，报文是否有遗漏。
表9 故障模拟测试表 通信信息性与正确性 序号测试内容 模拟各种故障触发保护动作(如人为中断通信、半途中止充电过程等)，检测主站能否正确及时的收到报文
响应时间备注 1-16-Q/CSG12001-2010 验收结论:合格?/不合格? 测试人员: 注:测试方法是将保护动作一次，测试主站收集全部动作报告所———————————————————————————————————————————————
需的时间及完整性。(f)充电机与汽车电池管理系统(BMS)通信测试 表10 充电机与汽车电池管理系统(BMS)通信测试表 通信信息完整性与正确性 序号测试内容
开始汽车充电插头与充电机连接，测试充电机与BMS通信，分别从充电机和BMS人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取彼此提供的信息。
结束汽车充电插头与充电机的连接，测试充电机与BMS通信，分别从BMS和充电机人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取充电结束或临时中断的有关信息。
响应时间备注 1 3 验收结论:合格?/不合格?(g)主站与充电机及其它系统的通信状况监视测试表 测试人员: 表11主站与充电机及其它系统的通信状况监视测试表 序号1 测试内容
模拟充电机及其它系统的通信临时中断，测试主站能否正确检测———————————————————————————————————————————————
到，并将通信中断记录保存到历史日志。
模拟充电机及其它系统的重启动，测试主站能否正确检测到，并将启动记录保存到历史日志。
测试结果 备注 2 验收结论:合格?/不合格?(h)调试工具对充电机召唤测试表 表12调试工具对充电机召唤测试表 内容
调试工具对充电机进行召唤 召唤次数 成功次数 测试人员: 是否满足备注 召唤20次以上 验收结论:合格?/不合格?D.2变配电设备的可靠性测试 表13变配电设备的可靠性测试表 序号1 测试内容 测试人员: 测试结果备注
在所有充电机同时满载运行1小时后，测试配变低压侧的各项指———————————————————————————————————————————————
标，观察其是否符合设计要求。-17-Q/CSG12001-2010 2在所有充电机同时满载运行时1小时后，测试配变设备的外部温度，发热情况是
否正常。
验收结论:合格?/不合格? D.3充电站对配电网的谐波影响测试 表14充电站对配电网的谐波影响测试序号
1测试内容测试人员:测试结果备注分别在在所有充电机同时满载运行与停止运行的两种工况下时，测试配变高压侧 的谐波指标，观察其是否符合电网要求。验收结论:合格?/不合格? D.4用户界面及程序入口(a)监控主站运行界面 1)系统工作状态。2)异常告警。
3)与充电机及其它系统的连接情况。4)充电机及其它系统是否处于检修状态。5)充电机及其它系统的动作记录和录波列表。6)信息分类是否合理。测试人员: 7)各种事件、列表的时间显示是否正确，排列是否合理，查看———————————————————————————————————————————————
方式是否直观。(b)监控主站信息查询 表15 序号
1测试方法充电机及其它系统信息点表配置查 询
查询测试以来的系统日志，应包含配 2置修改时间纪录，子站工作异常情况 记录，与保护装置通信异常纪录。3查询测试以来的历史动作纪录，报警 纪录，历史录波文件。
通过外接的笔记本电脑，以网络形式 4实现对各种配置信息和事件、录波的
充电桩不是以为在地面打几个孔固定充电桩，再拉一个电线就可以的，实际上面，协调的工作量相当大，主要有四个部门的，使用者自己、汽车企业、电力公司和物业产权方。申请方面直接像你所在市的店里公司申请，然后转给供电局，之后就会技术工程师看现场，提供施工方案，如果你是在小区安装，还需要取的开发商的同意。“居民担心380伏电压会否触电”
因为充电桩的充电电压是380伏、电流为36安培比居民用电的电压高、电流强，所以需要物业管理公司和消防部门协调，因为很多朋友只有听过电动汽车，对于其并不真正的了解，而对于连接充电桩的电缆采取高处走线，所以需要消防部门出具的安全说明。3 “安装费掏了1万多元”
充电桩需要配电室重新基础配电，因为每个小区的用电负荷在安装前都是计算好的，如果小区内使用100伏电压的话，只给你配120伏的电开关。所以充电桩380伏的高电压必须单独走电，即另外布设一个开关，这部分涉及费用8000多元，由我们自己承担。然后，电力公司把电线从开关处拉到充电桩大概200米，这个施工费用包括充电桩的硬件设施成本都是电力公司承担，大概6万多元，这其中国家对电力公司有相应的贴补政策。同时还需要支付物业费用的 4 “施工难度大”
施工过程中，我们要协调安装配电柜的空间，并请车主们挪开车辆方便施工。连接充电桩的电缆比小孩子的胳膊粗，每个充电桩的电流为36安培，4个就是144安培，今后还会增加充电桩的数量，没有这么粗的电缆无法承受更大电流。电缆并不是铺设在地面上，而是从空中架过来的，因为地下停车场进进出出的车辆很多，铺设在地面上，一旦电缆被压坏后果不堪设想，从空中架过来，工作量大了很多，但为了安全起见还是值得。为了从空中架电缆，4位工人师傅花了4天时间把以前布置的电线槽重新剥开，铺设电缆。5 “每度电1.26元”
市场调研报告
随着我国新能源汽车，特别是纯电动汽车的迅速发展，电动汽车充电站及其配套充电设备必将处于新能源交通领域的前沿位置。
电动汽车充电设备概述
电动汽车充电设备主要包括充电站及其附属设施，如充电机、充电站监护系统、充电桩、配电室以及安全防护设施等。
电动汽车充电机是一种，按安装方式不同可分为车载式和非车载式两种，分别采用相应的充电方式完成对车载蓄电池充电的功能。车载充电机指安装在电动汽车内部的充电机；非车载充电机指安装在电动汽车外，与交流电网连接，并为电动汽车动力电池提供直流电能的充电机。充电站安装的非车载充电机还需具备计量计费功能。一般情况下，充电机应至少能铁锂离子蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池。
根据电流种类不同，充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种。交流充电桩是安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置，同时具备计量计费功能；直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供小功率直流电源的供电装置，直流充电桩具有充电机功能，可以实时监视并控制被充电电池状态，同时，直流充电桩可以对充电电量进行计量。
针对我公司目前研发情况，下面主要介绍充电站和非车载式充电机的市场情况。
电动汽车充电设备技术发展现状及其趋势
根据充电方法不同，电动汽车的充电技术可分为：常规充电方式、快速充电方式、无线充电方式、更换电池充电方式等。
常规充电方式
该充电方式根据相应电池的充电曲线，采用恒流、恒压的传统充电方式对电动车进行充电，使整个充电过程更接近电池的固有特性，有效避免了电池被过充和欠充的问题。这种方式以比较低的充电电流为蓄电池充电,相关技术成熟可靠，所以相应的充电机的工作和安装成本也比较低。电动汽车家用充电设施车载充电机和小型充电站多采用这种充电方式。典型的充电时间为8～10hSOC可 达到95%以上。对电池和电动汽车来说，这种方式是最安全可靠的充电方式，它对电网没有特殊要求。
快速充电方式
快速充电方式是指在短时间内使蓄电池达到或接近充满状态的一种方法。该充电方式以1-3C的大充电电流在短时间内为蓄电池充电。充电功率很大，能达到上百千瓦。该充电方式的充电时间与燃油车的加油时间接近。其典型的充电时间是可达到20～30min，但这种充电方式对电池寿命有很大的影响。此外，该充电方式对电网也有较高的要求, 要建设专用电网，一般应靠近10kV 变电站附近或服务中心中使用，还需采取较为复杂的谐波抑制措施，与前者相比安装成本相对较高，只适合大型充电站使用。
更换电池的充电方式
该方式要求车辆电池组设计标准化，易于更换。车辆运营中需要及时的更换电池，同时充电站可以对电池进行专业化管理，但由于电池组快速更换专业化要求高，只适用于标准的充电站，这种电池更换系统要求昂贵的机械装置和大量的蓄电池，同时,存放大量未充电和已充电的蓄电池需要很多空间,修建一个蓄电池更换站所需空间远大于修建一个正常充电站或快速充电站所需的空间，因此这种电池更换系统的初始成本很高，而且，目前车载动力电池的电气和尺寸参数还没统一标准，市场应用还需等待时日。
非接触式充电方式
电动汽车非接触充电方式的研究目前主要集中在感应式充电方式，不需要接触即可实现充电，目前，日产和三菱都有相关产品推出，其原理是采用了可在供，即将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上，将另一个供电线圈装置安装在地面，当电动汽车驶到供 电线圈装置上，受电线圈即可接受到供电线圈的电流，从而对电池进行充电。目前，这套装置的额定输出功率为10kW，一般的小型电动汽车可在7-8小充，这种方式的成本较高，还处于实验室研发阶段，其功能还有待时间验证。此外，非接触式充电方式的原理还包括磁共振和微波等，技术都被日本厂商垄断。
综上所述，电动汽车的充电还是采用普通充电为主、快速补充充电为辅的充电方式。对于电动公交车而言，充电站设在公交车总站内。在晚间下班后利用低谷充电，时间5～6小1C～3C的快速充行
充电设备国内市场现状概述
1．充电站建设情况
充电站是新能源汽车时代的先声。在新能源政策支持下，预计2010―2015年我国年均新能源汽车需求量将达到 35.2万辆，2015年需求量将达 97.7万辆，年均增长率 216%。作为新能源汽车的基础设施，电动汽车充电站及充电设备有望先于新能源汽车市场爆发,国家电网和南方电网纷纷利用其资源优势加紧了对充电站市场的布局,中石油、中石化等传统能源巨头也纷纷利用其加油、加气站的网络优势加入到电动汽车充电站的队伍中来。
新能源汽车的快速发展将拉动充电站长足发展。在政策支持下，预计2011 年以后混合动力及纯电动乘用车将呈现爆发性的增长，从而拉动充电站需求。从下表“新建公交充电站及投资预计”可以看出将来几年电动汽车充电站的增长情
以国网为例，到目前为止，国网下属公司已试点建设充电站 57 座，共有 21 个省市开始建设或已经建成自己的大型充电站。
2．直接充电设备市场情况
一般说来，电动汽车充电间是由配电站、监控室、充电机、充电平台、维护车间、更换区等部分组成。其中充电机是其核心设备。
从相关标准来看，地方政府和各能源集团对标准制定比较热心，深圳、上海、江苏等地纷纷制定了各自充电站的地方标准；今年7月份，北京市政府也出台了北京首部电动汽车充电站标准。国家电网和南方电网根据各自实际情况制定了电动汽车充电方面的相关标准。在国家标准方面，2010年1月，国家标准委员会发布了《电动汽车充电站的通用要求》，目前，国家电网制定的充电站标准有望升级为国家标准。
因为电动汽车起步较晚，充电站建设还处于示范阶段，目前市场缺乏有影响力的厂家还比较少，规模较大的供应商包括：比亚迪、许继电气、奥特迅、国电南瑞，动力源、珠海泰坦等。
3．相关公司评述
奥特迅（深圳奥特迅）：
奥特讯是国内电力电源龙头厂商。该公司主营电力用交、直流电源系统及其一体化设备。2007 年，奥特讯在大型电厂电力电源市场占有率达全国第一，近年来公司逐渐进入核电电力电源和汽车充电等新的领域。该公司是最早进入充电站市场的企业之一，并成功地实现了电源设备研发制造技术向充电设备的移植。2009年，奥特讯成为09年深圳地区两个最早的充电站承建方之一，并与南方电网和深圳市供电局合作，完成了大运中心、和谐等多个电动汽车充电站。奥特讯目前是南方电网最大的电动汽车充电设备供应商，是少数几个掌握大电流快充技术的充电机制造商之一，业务主要集中在电动公交车业务方面。
思源电气（上海思源）：
该公司是一家优秀的综合电力设备企业，产品涵盖了高压开关、保护设备、互感器、电容器等领域，自 2001 年上市以来，思源电气维持了年均 40%的收入增长率和年均 52.7%的利润增长率，名列国内前茅。
该公司充电站产品技术含量较高。其中思源电气提供的世博会展示项目“100kW 钠流电池储能装置”和“V2G 双向智能控制装置”展品展示了思源电气在动力电池充电方面的研发实力；该公司产品代表了未来V2G的发展方向，拥有较高的技术含量，对储能装置的研究则延伸了公司在充电站领域的产业链。
新产品的开拓将引领该公司继续高速发展。
比亚迪（比亚迪股份有限公司）：
比亚迪是国内最大的动力电池和新能源汽车供应商。凭借雄厚的研发实力，始终坚持动力电池、充电站、电力汽车一体化开发的策略，坚持自己做自己的接口设施，其充电设备主要集中在小型乘用车和商用车方面。同奥特讯一起，比亚迪同样是南方电网的备选供应商，随着比亚迪F6DM和E6系列电力汽车的上市，相信比亚迪充电设备必将有更高的市场份额。
许继电气：
许继电气是国内领先的电力设备生产商。生产包括电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化、电站自动化、铁路供电自动化、电力电源等。
依托许继电源公司和与国家电网的合作关系，许继电气开拓电力汽车充电
站市场，作为本公司的新的经济增长点。2009年底，并已完成196台9KW充56台30KW充货。在本次世博会中，许继与思源电气共同承担了“V2G”充电设施的制造任务。
国电南瑞（国电南瑞科技股份有限公司）：
国电南瑞是国内领先的电力自动化企业和国内领先的电力自动化软硬件开发和系统集成服务提供商，主要从事电网调度自动化、变电站自动化、火电厂及工业控制自动化系统的软硬件开发和系统集成服务，隶属于国家电网。
目前，该公司已处于充电站建设领先地位。公司是第一座以国网典型充电站技术设计的充电站――唐山南湖充电站的设计商；公司开发的 CEV1000充电站自动运营系统技术上已经成熟，并在合肥柳树塘等电动汽车充电站得到成功运用。
凭借与国家电网的隶属关系，南瑞的设备成为国网公司的备选商品，预计公司将在未来充电站市场中获得较大的市场份额。
珠海泰坦（?珠海泰坦自技司）：
珠海泰坦公司是全国，凭借多年研制中标世博会充电站充电设备，成为上海世博会合作伙伴和世博会最大的充电设备供应商，为世博会电动汽车充电站提供9kW、30kW分箱充75kW整。
继北京奥运会、上海世博会之后，泰坦公司又一举成为今年6月投入运。同时，泰坦还在参与国内充电设备标准的制定工作。
动力源（北京动力源科技股份有限公司）：
动力源公司是大型电力电子生产企业，以电力电子技术为基础，形成了涵盖交直流电源、高压变频器、监控系统的产品体系。与奥特迅类似，动力源公司正依托交、直流电源技术基础，进入充电站市场。
其他：
关键词：风光预测,微网(微电网),电动汽车,充电模式,换电模式,经济性,优化运行
0 引言
随着微网技术的发展成熟以及充电汽车不断普及,微网中各微源以及充电汽车等储能设备相互配合优化运行,以提高微网整体经济收益的能力[1,2,3,4,5,6]引起了研究者的关注。微网中风电、光伏发电等可再生能源发电受风光资源等自然条件影响具有随机性,基本不可控,如果从微网整体运行优化综合考虑,调用充电汽车储能电池、微燃机和燃料电池等可控微源,选择合适的时机进行充放电、开停机,可避免能源浪费而获得额外收益。
在微网运行时,人们总是希望充分利用风电机组和光伏的装机容量,在不弃风不弃光的前提下调用其他微电源。对风电和光伏发电的功率预测算法已有大量文献[7,8,9]进行了研究,本文利用以上预测成果。微网中主要可以调用的是充电汽车蓄电池储能、微燃机和燃料电池等,文献[10-12]考虑的主要目标是调用储能装置消除风电等出力波动性对微网功率平衡的影响,文献[13]较早叙述了充电汽车负荷调度策略问题,分析了充电汽车负荷调度策略和可能给电网带来的削峰填谷、维持电网运行平衡和提供辅助等作用。文献[14-15]则从对电网不利影响和有利作用两方面分析了充电汽车接入对电网的影响。文献[16]考虑了含光伏和充电汽车储能微网系统的运行能量优化管理问题。
对充电汽车充电模式的进一步研究[17,18,19,20]分为两个方向,即充电模式和换电模式。二者各有优劣,文献[19-20]认为在集中运行的充电站中换电模式优势更明显一些。然而,对于在微网这样的小规模电网中充电汽车采用哪种充电模式更经济,则无明确研究结果,且大多忽略电价波动对充换电模式的影响。此外,在联网运行条件下,微网本身容量很小,微网的功率平衡通过联网点的功率控制已经可以控制到可接受的范围。然而,微网设备目前较贵,前期投资较大,对于花了大量资金建设微网的投资者来说,如何在微网后期运行中优化运行功率分配以提高微网运行的经济性,以及如何根据外网电价波动,适当发挥充电汽车等储能设备在电价低时吸纳电能、在电价高时放出电能等问题才更值得关注。文献[10]在最小化燃料耗费和发电出力与计划功率偏差的优化目标下提出了微网经济运行模型,文献[12]对微网优化算法进行了改进,增加了微燃机和燃料电池等微源模型。
为了整体提高微网联网运行时的经济收益[21,22,23],本文以小时为优化时间单位进行调度,通过预测风电机组、光伏发电出力计算,结合外电网分时电价,比较了充电汽车充电模式和换电模式,合理控制蓄电池充放电时刻及充放深度、微燃机和燃料电池启停时刻,以微网运行燃料耗费用最小和外网购电费用最低(充放电收益最大)为优化目标,使用混合整数规划CPLEX软件进行开停机和充放电调度优化计算。该优化可以在一定程度上提高微网投资者的收益,为微网中各微源的运行与控制策略提供参考。
1 模型介绍
本文所研究的微网电源成分构成图见附录A图A1,这里采用国际大电网组织(CIGRE)使用的典型的丹麦低压微网结构[24]并进行了适当修改,主要包含200kW风电机组、60kW光伏、65kW微燃机,以及单台最高充电功率50kW充电桩10 台。同时还有最大容量199kVA、最小容量18.4kVA的用户负荷及与外部电网交互容量最大为400kVA的联络线。规划时微网内负荷电源功率基本平衡,微网可以承担来自任意方向的潮流,但运行中在小风光大负荷等极端情况下实时功率不平衡较严重。这里将一天平均分为T个时段,ΔT为每个时段所包含的时间长度,是全文中所有模型的统一时间单位。算例中T为96,ΔT为15 min,即0.25h。
1.1 风光电功率日预测曲线
1.1.1 风光电功率预测算法
风光电功率预测技术现在已经有很多较成熟的算法,可在满足一定精度的条件下对风光出力进行预测。常用的预测算法有持续法、时间序列法、马尔可夫状态转移矩阵[25]、遗传算法等[12]。这里风电出力预测采用自回归滑动平均模型(ARMA)[7],光伏发电出力预测采用多元线性回归预测算法[26]。
1.1.2 风光电功率预测曲线
附录A图A2为风速与风电预测功率图,风电预测以小时为单位。附录A图A3为辐照强度与光伏发电预测功率图。
1.2微燃机、燃料电池模型及燃料日成本曲线
微型燃气轮机常见模型[12]有:
式中:Cfuel为燃料费用;Cng为天然气的单位价格;QLHV为天然气的低热量值;P(t)为微型燃气轮机t时段的出力;η(t)为微型燃气轮机t时段的出力效率。
微型燃气轮机燃料耗费与出力的关系随外界温度、燃烧室结构、机组热惯性和散热条件不同而体现出较强的非线性,这里选取了常温下某品牌的特定型号机组并进行了简化,其燃料费用与发电功率关系曲线见附录A图A4。
按文献[12]的方法将附录A图A4分成N段来线性逼近,每一段引入一个状态变量Bi(t)(在任一时刻t,第i段曲线的该状态变量最多只能有一段为1,也可能全部为0)和一个连续变量Pimt(t),其中,i=1,2,…,N,附录A图A5为燃料费用曲线分段线性化示意图。其线性化表达式为:
式中:αi和βi分别为第i段分段线的斜率和等效截距,其中,αi= (f(Pi+1)-f(Pi))/(Pi+1-Pi),βi=f(Pi)-Piαi;f和分别为燃料费用函数和其线性逼近函数;Pi为第i个分段点的出力,其中P1对应发电机的最小出力,PN+1对应发电机的最大出力;U(t)为t时段微燃机的运行状态。
微燃机启停费用为:
式中:Cmt.start为微燃机单次固定启动成本;Cmts(t)为每一时刻t对应的微燃机启动成本变量;t>1保证若t-1时刻微燃机已经启动并统计了一次启动成本,则t时刻不会再次叠加统计启动成本。
微燃机最大/最小功率约束为:
式中:Pmtmax和Pmtmin分别为微燃机的功率上限和功率下限。
1.3 日负荷曲线、日电价曲线
本文考虑的微网属于企业或者个人投资,用以满足本企业或者部分用户用电需求,规划时微网内负荷电源功率基本平衡,但运行中在小风光大负荷等极端情况下实时功率不平衡较严重,微网内日负荷曲线[12]如图1所示。
外部电网电价实行分时电价,为具有代表性,这里选取北京市工业用电分时电价[19],如附录A图A6所示。
2 充电汽车电池模型及充放电能量
2.1 换电模式下汽车电池充放电模型
汽车蓄电池数据采用NISSAN LEAF车型[27]的电池数据,单台电池容量为24kW·h,50kW充电功率下的快速充电时长为30 min以内,电池单价[28]为6 499美元(40 424元)。
1)增加一维随时间变化的优化目标变量Pchange.ch(t),专用以描述换电模式下待分配的因充电汽车开走而额外增加的充电功率。在换电模式下,待充电电池换入系统后并不一定马上充电,所以其充电方式可能为快充也可能为慢充。具体每个ΔT时段内新增的电池充电功率Pchange.ch(t)也假设在 ΔT内是平均大小的,而不同时段内Pchange.ch(t)大小则可能不同。其大小由换电模式下的优化目标和算法决定。
考虑随时有汽车来换电,充电站内蓄电池的充放电模型为:
式中:E(t)为所有充电站电池t时段的总能量,且E(t)≤Emax,其中Emax为最大总能量;Pch(t)和Pdis(t)分别为所有充电站蓄电池t时段总的充电和放电功率;ηch和ηdis分别为蓄电池的平均充电和放电效率。
2)增加新的能量守恒等式约束:
式中:Elost(t)为每小时驶离系统的汽车电池将会损失的电能量(开走的汽车上所携带的车载蓄电池包含电能量与开进的汽车或者待充电电池包含余电能量之差)。
为简化计算,将1h内的所有汽车开进充电行为统一算在本小时内第一个时间段内发生,开走时间则无限制。
由于开进的汽车或者待充电电池也包含余电,所以除了预测每小时充电汽车开出“微网—外电网—充电汽车”系统带走的能量eout(t),还要多预测一个参数,即每小时充电汽车开进系统来所携带的能量ein(t),然后用预测到的eout(t)减去ein(t)所得到的差值Elost(t)才是每小时“微网—外电网—充电汽车”系统中通过充电汽车开走或取走电池所损失的那部分能量,即
由参考文献[14]中居民小汽车出行出发时间分布,得到每小时来充电的容量,图2为算例中所采用的预测量eout(t),ein(t)及Elost(t)。
3)修改功率平衡等式,增加Pchange.ch(t)到原功率平衡等式中负荷需求Pdemand(t)一侧。
定义Pbat(t)为蓄电池t时刻的对外表现的功率,放电为正,充电为负,有
在任意t时刻充电功率Pch(t)与t时刻放电功率Pdis(t)满足以下不等式约束。
式中:Pbat.max为预测的最大充放电功率;Bch(t)和Bdis(t)分别为充电和放电状态变量,为1表示是,为0表示否。
式(13)限定了蓄电池充放电状态在同一时刻只能取一种情况。充电站蓄电池能量满足上下限约束:
式中:Emin为最小总能量。
换电站蓄电池最大容量的配置是一个复杂、影响投资效益的问题,这里假定充电站存放的电池容量是足以保证车载电池随来随换。假定充电站内安装最大功率50kW、最大容量24kW·h的备用电池10块,最大存电量100%,最小存电量20%,充放电效率为0.9。
2.2 即时充电模式下汽车电池充放电模型
即时充电模式下汽车到达充电站后不是更换已经充满的蓄电池,而是立即对原车载电池充电。在即时充电模式下,所有汽车充电方式皆为快充,即一辆或几辆待充电汽车接入系统后,微网系统在接下来的两个 ΔT时段即0.5h内,立即将其充满并离开系统。常见模型为:
为保证经济上的可对比性并保证更换充换电模式不影响车主出行,充换电模式下的汽车出行规律是相同的,即eout(t),ein(t)及Elost(t)保持不变。在即时充电模式下,可以将Elost(t)换算为充电桩在时长为两个 ΔT的时段内,将空电池充至Elost(t),所增加的负荷功率增量为PEV(t),由前文假设来车只发生在每小时的第一个时段,则PEV(t)只发生在每小时的前两个时段,后两个时段为0。
将PEV(t)增加到原功率平衡等式中负荷需求Pdemand(t)一侧。这里还假设PEV(t)不会超过充电桩功率上限,即汽车电池一定能在2ΔT内充满。该新增功率由微网内部风电、光伏发电、微燃机增发提供或者由微网外部增加购电提供,具体选择哪种方式由微网优化目标和算法决定。
则式(11)和式(12)中原充放电功率上限Pbat.max,需减去充电汽车电池对应的功率量Plost.max,变为:
其他模型及优化目标不变。
3 优化目标
3.1 优化目标函数
常见的优化目标为微燃机运行费用最小:
式中:K为微燃机台数;C(Pjmt(t))为与第j台微燃机在第t个时段的微燃机运行功率Pjmt(t)有关的燃料成本函数;Csjmt(t)为第j台微燃机在第t个时段的启动成本。
然而,过度强调减少运行燃料消耗,容易使微燃机和燃料电池设备利用率降低甚至闲置。更为合理的是充分利用储能设备在外网电价低时多吸纳电能、在电价高时多放电的能力,对微燃机与蓄电池联合优化,使得微网运行最经济,构造如下优化目标:
式中:Pbuy(t)为t时段外购电功率;Psell(t)为t时段外售电功率;Cbuy(t)为t时段从外网购电价;Csell(t)为t时段向外网售电价。
3.2 优化约束条件
式(20)的优化目标求解需要满足下列的约束条件。
在无充电汽车条件下的基本功率平衡等式约束:
式中:Pwt(t)为t时段风电功率;Ppv(t)为t时段光伏功率。
在充电汽车换电充电模式中,将Elost(t)转换为经优化后充电汽车增加的负荷增量Pchange.ch(t)后,式(21)变为:
在充电汽车即时充电模式中,将Elost(t)换算为因充电汽车增加的负荷增量PEV(t)后,式(21)变为:
微网与外网联络线功率限制满足式(24)所示的不等式约束(应为买卖时都小于约束)及式(5)至式(9)、式(11)至式(18)等约束。
式中:PPCC.max为微网与外网联络线最大承载功率。
3.3 目标控制变量及优化结果函数
最终的优化计算结果是求得一系列的目标控制变量,为实际微网运行的功率调度提供参考,包含以下目标控制变量:一日96个时段每时段内的微燃机应发功率Pjmt(t)、微燃机启动费Cmts(t)、蓄电池充放电功率Pch(t)和Pdis(t)、外购或卖出电功率Pbuy(t)和Psell(t);
在以上控制变量作用下,微网日运行费用包含微燃机运行成本与购外网电费成本。此外微网经济性还要考虑额外购置电池的日均折旧费用。
4 算例分析
本文使用混合整数线性规划(MILP)[12]算法,采用CPLEX求解该经济优化调度问题。
4.1 算例介绍
本算例采用附录A图A1所示的微网,与外电网联网运行,风电、光伏发电出力及负荷、电价等如前所述。
4.2 经济效益分析
即时充电运行优化和换电模式运行优化在同一优化目标(即运行燃料耗费+日外网外购电总金额最小目标)下的日运行成本分别为2 032.7 元和1 005.6元,电池折旧计算结果分别为0 元和193.2元。可以看出,换电模式每天可比充电模式节约运行费用1 027.1元,节约了50.5%,单日费用节约虽不多,但考虑到微网总负荷只有250kW左右,年累计节约量已经相当可观。
换电模式相比于即时充电模式,通过电池储能减少大风、强光微电源弃能及在电价低谷购电、高峰放电赢得收益多。但是,由于额外购买了10块电量为24kW·h的LEAF车型电池作为备用电池,需要多投入40 424×10元成本。而一般汽车动力锂电池的循环使用寿命约为2 000次左右[29],为计算一天的电池折旧费用,需计算电池一天的充放电能量累计值以及单体电池充放电单位能量所产生的折旧费用。
1)对换电模式下的所有电池一天的充放电功率Pall(t)进行以下处理(即时充电模式下可做相同处理,此时可将式(25)中的Pchangech(t)替换为PEV):将功率换算成能量(乘以单位时间长度 ΔT =0.25h),取绝对值求和除以2得到电池日充放电能量和Eall(换电模式下为1 435.723 8kW·h,充电模式下为1 206.379 5kW·h),其中取绝对值是为了防止充电和放电能量正负号互相抵消,除以2是因为一个完整的充放电循环包含充电和放电两部分能量。
因为不管哪种模式都要损耗汽车电池,所以只能统计换电模式下比充电模式多发生的那部分充放电能量差值才有意义,即换电模式下全天充放电能量和与即时充电模式下全天充放电能量和之差(229.344 3kW·h)。
2)电池总循环寿命为2 000次,最多可以充放电能量为2 000×24kW·h=48 000kW·h。单块电池投资成本40 424元。用投资成本除以电池寿命内总充放电能量可以得出单次每充且放1kW·h能量所消耗的投资成本为0.842 2元。
3)用换电模式与即时充电模式下全天充放电能量之差乘以单体电池单次充且放1kW·h能量所消耗的投资成本即可以得到一天中所有电池在换电模式下比在充电模式下多产生的电池折旧费用(193.2元)。
微网采用换电模式较充电模式节约1 027.1元/d,考虑到折旧费用,净节约833.9元/d。考虑到部分电池提前损坏,循环寿命平均缩短至1 000次,折旧费为386.4 元/d,仍然可以净节约640.7元/d。考虑到即便是即时充电模式,微网也需要一定量的储能来维持离网启动孤岛运行等功能,电池购置相对成本会更低。此外,用户换电池相较于等待充电每次节约时间15~30min。
由此可见,在微网中充电汽车采用换电模式其经济效益优于充电模式。
4.3 优化后一天的控制变量
图3是直接充电模式下因为充电汽车开走增加的负荷功率增量PEV(t)的曲线图,因为Elost(t)损失的这部分能量马上要在接下来的一个时段内通过充电桩弥补回原样(充满)。本来该时段内如果没有Elost(t)损失的能量,微网系统只需满足系统内基本负荷的需求。而因为该时段内Elost(t)损失了一部分能量,在即时充电模式中必须弥补回来,所以在基本负荷的基础上又增加了一部分增量。由于该模式在充电汽车即将开走的半小时内马上充满电池供要开走的汽车使用,故其类似于图2 中Elost(t)的分布。
图4是换电模式下因充电汽车增加的负荷功率增量Pchange.ch(t)的曲线图,由图中可以看出,换电模式下的负荷功率增量经过优化,更倾向于在电价便宜(00:00—08:00)、风光出力大、负荷小(14:00—15:00)的时候充电,其分布与附录A图A6电价曲线趋势相反。
图5为微燃机应发功率Pimt(t)的曲线图,附录A图A7为微燃机启停成本Cmts(t)。
由图5及附录A图A7可以看出微燃机在负荷较高且电价较高时适当启动,其趋势与附录A图A6电价趋势相近。
图6为所有接入微网充电站的蓄电池(包含车载和备用两类)充放电功率,放电为正,充电为负。由图6可以看出:在该两种充电模式下,给蓄电池分配的充放电功率实时值都未超过蓄电池的额定容量,优化被约束于设备可接受范围内。在电价低谷的00:00—08:00 时段充电较多,而电价高峰的08:00—12:00 及17:00—21:00 时段则充电较少。此外,换电模式蓄电池充放电利用率均明显高于直接充电模式下对应时期的蓄电池充放电利用率。
图7为微网外购或外售电功率曲线图,外购电为正,外售电为负。由图7可以看出换电模式相比于直接充电模式,在电价低谷的00:00—08:00时段购电较多,而电价高峰的08:00—12:00及17:00—21:00时段则购电较少,甚至在晚高峰还多卖了一些电给电网。该趋势与蓄电池充放电趋势互补,充分发挥蓄电池储能作用,获得了电价的价差利润。
4.4 不确定因素对两种电动汽车运行方式的影响
由于每个微网的资源等条件均不相同,当场景变化时,所得到的结论可能不同。微网系统中主要的不确定因素包括风电、光伏发电和负荷。为凸显不确定因素对充电汽车充换电方式计算结果的影响,表1列出了算例中仅保留各不确定因素中的某一种的条件下,对两种电动汽车运行方式的影响。
由表1可以看出,当不确定因素仅含风电时,日运行费都接近于零。即风电、光伏发电的不确定性和汽车充电负荷都由优化程序利用电价波动的差价平抑了,对充电汽车充换电方式影响不大。
当不确定因素仅包含光伏发电时,因为光伏发电功率较小,相对来说汽车充电负荷本身较大。换电模式下运行费用接近于零,即时充电模式下却产生了543.46元的运行费用,说明换电模式下优化程序利用额外增加的在线备用蓄电池在电价低时多买电,电价高时多卖电,节约了运行成本。
当不确定因素仅包含负荷时,换电模式每天能比即时充电模式节约运行费用1 027 元,节约了29.7%。而当每小时负荷降至原来的一半时,换电模式每天能比即时充电模式节约运行费用1 027元,节约了48.2%,也即是说负荷越低时节约效果越显著。
5 结语
本文在即时充电模式和换电模式下分别建立了含电动汽车的微网优化计算模型,经算例仿真比较可知,充电汽车采用换电模式时,在相同优化目标下,相对于即时充电模式(负荷电池模式),蓄电池在电价低谷时多充电,在电价高峰时多放电,提高了微网的经济性。而且在微网系统各不确定因素的影响下,同样的充电汽车配置下,负荷越小时换电模式比即时充电模式的经济优越性越显著,说明在微网中对充电汽车采取换电模式配置策略,综合使用运行优化算法对微网实际运行的功率进行分配有很好的参考作用。
无线充电从原理上可以分为电磁感应式、电磁共振式和微波传输式三种。
电磁感应式的工作原理类似一个分离的空心变压器，就好像把变压器的原绕组埋设在地面下，将副绕组安装在电动汽车上，从而实现电力的传输。电磁感应式目前的优点是能实现较大的传输功率，能达到几百千瓦，传输效率可以达到90%；它的缺点是供电端与受电端的距离有限，目前最大约为100mm。
电磁共振式的充电是利用电磁共振原理，电源发射端通过振荡器产生某种频率的高频振荡电流，在发射线圈周围形成振荡磁场。当电动汽车进入该磁场范围，具有相同自振频率的汽车接受端的线圈产生电磁共振，产生最强的振荡电流，从而实现电能的传输。电磁共振式的能量传输只在系统内进行，对系统外的物体不会产生影响，具有很高的传输效率，传输距离可以达到数米。2012年美国斯坦福大学首次提出了“驾驶充电”概念，汽车在道路上一边行驶一边自动充电。该系统的原理是将一系列线圈埋入道路路面下，在汽车底盘装上感应线圈，当电动汽车驶过道路时，地下线圈与车上线圈产生电磁共振，实现电力输送。据报道，这种无线充电方式效率可以达到97%。电磁共振式更能应对发射端与接受端的位置偏差，这很适合给运动中汽车充电，因此具有极好的发展前景。美国Witricjt公司开发的电磁共振式系统输出功率为3.3kW，传输距离为200mm下综合效率达到90%。
微波传输式与矿石收音机原理相似，通过天线接收微波，再将微波转换为电流，最有可能实现远距离电力传送。2009年三菱重工开发出微波充电系统，传输功率1kW，但传输效率仅为38%，离实际应用还有许多问题。相比之下，电磁感应式电磁共振式更具有商业化的可能性。电磁共振式在技术上更具优势。
无线充电真正投入使用还有许多重要问题有待解决，例如所产生的电池辐射对人体与环境的影响需要深入研究与评估，需要开发更高效率、更低成本的实用化产品，开展实际应用试验，这些都需投入力量开展研发工作。我国也已经开始了无线充电技术的研发，期待不久可以听到进展的好消息。
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