光储充资源分散难调度？虚拟电厂这样实现协同调控

摘要：本文在储能式充电桩参与电网联合运行背景的基础上，以汽车充电桩为研究对象，强调了汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行的价值性。从配电网需求侧响应机制、充电桩参与需求响应联合运行优化、智能有序充电技术、虚拟电厂调度平台四个方面入手，依托对储能式充电桩参与电网需求侧响应的关键联合运行技术的阐述，探讨了汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行的实现要点。

关键词：汽车充电桩；储能系统；需求侧响应。

在新能源汽车行业高速发展的背景下，推进储能式充电桩参与电网联合运行，能够降低电网扩充成本，对此还能够生成参与电网需求侧响应的辅助管理服务收益，其优势性明显。同时，汽车充电桩的大规模应用也对配电网的运行产生一定冲击。基于此，需要着重落实汽车充电桩充电与电网需求侧响应的有机结合，助推配电网与新能源汽车健康、协调发展。

1研究背景

面对能源方面的问题，各种新能源产品应运而生，并在当前得到了广泛推广应用。发展至今，各个地区已围绕提升新能源产品消费服务水平，设定并落实了各种政策方案，从新能源汽车服务领域来看，着力推动规模化电动汽车负荷参与电力需求响应。依托移动式或分布式储能系统在汽车充电桩及其附近进行合理安装，能够有效避免汽车随机式充电明显冲击电网。基于此，搭建充储一体化汽车充电桩，实施汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行极为必要，也有着较高的研究价值。

2汽车充电桩参与电网需求侧响应和联合运行的价值性分析

汽车充电桩参与电网需求侧响应是一种通过智能充电技术来平衡电网负荷、提高可再生能源消纳率及减小电动汽车充电对电网冲击的有效策略[1]。在当前的实践中，依托汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行的优化与推行，能够达到平衡电网负荷的效果。通过需求侧响应机制，可以有效平衡电网负荷，减小电网的压力。

在储能式充电桩与电网需求侧响应联合运行技术的支持下，能够提高可再生能源消纳率。作为实现汽车充电桩与电网需求侧响应联合运行中的一种关键技术，智能充电技术可以提高可再生能源的消纳率，促进清洁能源的使用。此外，汽车充电桩参与电网需求侧响应还能够减少对电网的冲击。有序充电技术可以减少电动汽车充电对电网的冲击，提高电网的稳定性。总体而言，汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行技术所显现出的应用价值较为明显，汽车充电桩参与电网需求侧响应不仅有助于提高电网的灵活性和稳定性，还能促进可再生能源的利用，推动新能源汽车产业的健康发展。随着技术的不断进步和政策的支持，这一领域将有更广阔的应用前景。

3汽车充电桩参与电网需求侧响应联合运行的实现要点探讨

3.1配电网需求侧响应机制

围绕电网供需平衡的维护与促进展开对用户用电行为的调整所形成的机制，为配电网需求侧响应机制。在实践中，基于需求侧响应的实施，促使电网高峰时段用户的用电有所降低，并在电网低谷时段适当增加用电，以此达到对电网供需矛盾进行有效缓解的效果，推动电网运行稳定性及效率水平的进一步提高[2]。基于此，设定并推行配电网需求侧响应机制及对应的需求侧响应策略是必然选择，激励用户落实对用电行为的调整，促使“削峰填谷"成为现实，从而推进电力系统运行效率的提升。

在配电网需求侧响应机制（图1）的支持下，充电桩参与需求响应联合运行过程中，从用户侧的角度来看，重点达成的目标包括：第一，用电成本的降低。积极响应激励措施、价格信号，进行对个人用电行为的合理调整，选择在电价相对较低的时间段用电，或者获取相应的经济补偿，以此达到减少用电成本费用的效果。第二，用电舒适度及灵活性的提升。在基本用电需求得以切实满足的基础上，切实参考用户自身的现实情况及现行的相关激励机制，实施对用电设备使用时间的灵活性安排，从而提升用电的舒适度及自主性。例如，用户可以在低谷电价时段内，或是收到激励信号后，安排电动汽车充电。从电网侧的角度来看，重点达成的目标包括：第一，削峰填谷。在配电网高峰时段安排对用电负荷的减小处理，以此实现对电网峰值功率需求的降低。同时，实施对低谷时段电网用电负荷的适当增加，促使负荷曲线能够尽可能保持在相对平坦的状态下，达到适当缓解高峰时段内电网供电压力的效果，促使对于发电及输电设备的扩容要求有所下降，也进一步控制、减小电网建设与运营方面所产生的成本费用。第二，供电可靠性的提升。基于对用户负荷的合理性调整，实施对电压波动、电网过载等风险问题发生可能性的降低，促使电网应对自然灾害、设备故障等突发情况的现实能力随之提高，助推供电质量及可靠性水平的提升。第三，可再生能源消纳的促进。重点引导用户在可再生能源的发电高峰时段内用电，或是适当增加用电，实现对可再生能源现实利用率的提升，也促使可再生能源可以在配电网内得到有效的消纳。

图1配电网需求侧响应机制

3.2充电桩参与需求响应联合运行优化

推进汽车充电桩参与需求响应联合运行优化期间，需要重点把握以下几个方面要点内容：第一，建立联合运行优化模型。通过建立储能式充电桩参与电网需求侧响应的联合运行优化模型，可以效益函数，考虑储能式充电桩的充放电量约束、容量约束和需求响应电量约束等条件。第二，分布式能量联合优化求解。采用基于原始—对偶分解的分布式能量联合优化求解方法，包括构建拉格朗日函数、拉格朗日对偶函数，并应用KKT条件和基于原始—对偶分解的更新迭代算子等步骤。

参与电网需求响应是分布式储能期间汽车充电桩所承担的重要任务，受到电价激励信号、储能参与需求响应因子的相对关系的影响。基于电价激励信号、需求响应因子的差异性设定，实际所获取到的运行策略及优化结果也有所不同。基于上述思路进行汽车充电桩参与需求响应联合运行优化，设定3.35kAh为某汽车充电桩的容量峰值，控制电价激励信号保持在0.2~0.4的范围，控制需求响应因子保持在0.3~0.5的范围，以收益、参与需求响应增益、充电桩总增益为切入点，分析该汽车充电桩的效益，所得到的结果如图1所示。在时间有所增长的条件下，系统总体收益、需求响应收益会随之提高，储能系统的损耗也有所降低。

联合调度汽车充电桩与电网需求侧响应，基于对汽车充电桩充放电的利用获取最大效益函数。在满足容量、电量等方面限制的条件下，尽可能降低储能成本，同时提升最终收益。设定3.35kAh为汽车充电桩的容量峰值，对于多个相同容量峰值的汽车充电桩的容量动态变化展开分析，所得到的结果如图2所示。3.05~3.3kWh为相应汽车充电桩的容量变化范围，相应汽车充电桩的运行容量区间为总容量的80%~90%。综合分析结果能够明确的是基于上述思路的推行实施汽车充电桩参与需求响应联合运行优化，可以获取到汽车充电桩效益。

3.3智能有序充电技术

针对汽车充电过程进行合理性控制与调度的技术为智能有序充电技术，在实践中，重点依托对汽车充电设施特性、用户需求以及电网现实运行状态等因素的综合考量，从时间与频率两方面优化分配汽车充电负荷，避免多台汽车同时进行充电期间对电网产生明显负面影响，并引发过载、电压波动等问题。依托智能有序充电技术的应用，汽车充电桩可以根据实时电价激励进行充电，从而减少高峰时段的电网负荷。

在智能有序充电技术的支持下，在充电桩参与需求响应联合运行过程中，从用户侧的角度来看，重点落实对用户现实充电需求的满足，保证不对用户正常使用汽车产生影响的基础上，面向用户提供尽可能便捷、经济的充电服务。例如，基于对汽车电池状态、用户出行计划等信息的采集与综合分析，提供更为合适、合理的充电功率、充电时间指导，避免用户长时间等待汽车充电[3]。从电网侧的角度来看，重点实现对配电网峰值与谷值之间差距的控制与降低，实施对负荷波动的平抑，助推电网的供电质量水平以及可靠性的提升，促使电网能够长时间维持在安全、稳定运行的状态下。基于对汽车充电时间、功率的合理性安排，避免高峰时段电网实际承担的供电压力大幅提升，显现出适当降低的变化趋势，并实现对低谷时段剩余容量的充分利用。

3.4虚拟电厂调度平台

虚拟电厂调度平台主要承担智能感知、智慧调度各类分布式能源（包括来自商场、工厂、家庭等地的各类分布式电源、可控负荷和储能系统等海量分散资源）的任务。在推进储能式充电桩参与电网需求侧响应联合运行中，依托虚拟电厂调度平台与私人充电设施的结合应用，能够实现实时调节和响应，表明其在需求侧响应中具有明显的应用效果。

对于虚拟电厂调度平台而言，其主要基于物联网、人工智能、大数据、云技术等先进技术的应用，将各类分布式资源以终端资源点的形式接入虚拟电厂，把分散的分布式资源打包成一个整体，在资源点配置智能装置，实现各分布式资源点与虚拟电厂的指令与数据交互，整体结构如图2所示[4]。该平台通过配套的调控技术、通信技术，能够实现对各类分布式能源的整合调控和协调优化，以特殊电厂形式参与需求响应、辅助服务、现货交易等电力市场交易。在助力资源聚合、扩展新业务和新的利润增长点的同时，帮助电力用户获取更多的收益，实现双赢目标。

安科瑞针对上述场景和需求，提出“本地自治+云端协同"两级光储一体化管控方案：以ACCU系列协调控制器为本地控制核心，在各站点独立完成防逆流柔性调节与光储协调充放电控制；以EMS3.0智慧能源管理平台为远程管理中枢，实现跨路段、多站点的集中监控与统一运维。两级协同，既保障各站点并网安全合规，又实现光储协同高效运行，明显降低沿线分散站点的人工巡检成本。

4项目情况

湖南某高速沿线20个站点（含服务区、收费站、隧道边坡等）建设分布式光伏发电系统，总装机容量约3.47MW，其中6个站点配套储能系统，总储能容量1.4MWh。项目现场如下图所示。

根据并网协议，本项目所有站点均不允许向电网反送电能。20个并网站点中，14个站点为纯光伏配置，6个站点配置光伏+储能，站点一次图如图5、图6所示。纯光伏站点分布于隧道及部分收费站、服务区；光储站点主要位于服务区及管理中心等负荷集中区域。各站点具体配置详见第3章。

图5光储站点一次示意图

图6纯光伏站点一次示意图

项目投运后需实现以下控制目标：一是在各站点实现防逆流控制，确保任何工况下均不向电网反送电能；二是6个光储站点需实现光储协调充放电，光伏余电优先储能充电，高峰时段储能放电降本；三是20个光（储）站点实现全线集中监控与远程运维；四是系统运行安全可靠，动作事件可追溯。

5解决方案

本项目以安科瑞ACCU系列协调控制器为本地控制核心，搭配AM5SE-IS防逆流保护装置作为刚性保护，构建“柔性调节+刚性跳闸"两级防逆流机制，同时针对6个光储站点实施光储协调充放电控制。系统采用本地部署与云平台相结合的方式，ACCU控制器在各站点本地完成数据采集、策略计算与指令下发，不依赖云端通信，确保控制的实时性与可靠性；EMS3.0云平台负责全线站点统一监控管理。解决方案架构如图7所示。

图7高速公路光储充整体解决方案架构图

各站点具体配置如下：

5.1光储协调策略

ACCU系列协调控制器在各站点独立实时监测市电进线处功率，设置防逆流调节阈值与功率恢复定值。当进线功率低于调节阈值时，控制器自动计算需要降低的功率值，以有功功率百分比的形式下发至光伏逆变器，动态下调光伏出力，使进线功率回升至安全运行区间。

对于配置储能的站点，控制器根据光伏出力与负荷的实时对比关系，执行光储协调策略：

（1）光伏富余工况：光伏出力大于负荷时，富余功率优先向储能充电，充电功率等于光伏盈余量；若储能SOC达上限或已达到额定充电功率仍有剩余，则限制光伏发电功率，防止逆流。

（2）光伏缺额工况：光伏出力小于负荷时，缺额功率优先由储能放电补足，放电功率等于负荷缺额量；若储能SOC达下限或已达到额定放电功率仍有不足，不足部分由市电补给。

纯光伏站点与光储站点在防逆流策略上存在差异：纯光伏站点仅调节逆变器出力；光储站点通过“光伏出力优先满足负荷—余电储能充电—储能放电补充缺口"的三段式控制，在保障零逆流的前提下实现光伏发电峰值化利用与用电成本谷值化。

5.2刚性保护策略

AM5SE-IS防逆流保护装置作为系统的安全兜底，独立采集市电进线电压、电流并实时计算功率。当检测到逆功率超过保护定值时，装置瞬时动作，跳开光伏并网开关，切断光伏发电回路，确保不向电网反送电能，作为柔性调节失效后的最后一道防线。

当进线功率恢复至逆功率恢复定值以上并持续一定时间后，装置自动发出合闸指令，闭合光伏并网开关，恢复光伏发电系统运行，实现自动复归，无需运维人员现场操作。

柔性调节与刚性保护在定值上形成有序配合关系：柔性调节启动阈值高于刚性保护定值，且低功率预警设置短暂延时，为柔性调节留出动作响应时间；逆功率跳闸作为保底策略瞬时动作。

5.3 EMS3.0云平台远程监控

安科瑞EMS3.0智慧能源管理平台部署于路段管理中心，实现以下功能：一是全线站点发电功率与储能SOC实时展示，支持按路段、按站点类型（服务区/收费站/隧道）筛选查看；二是逆变器、储能柜、防逆流保护装置运行状态实时上送，异常主动告警；三是运行数据本地存储加云端双备份，确保数据安全可追溯。可视化大屏如下图所示

图8EMS3.0可视化大屏（示意图）

6运行效果与系统展示

基于上述“本地自治+云端协同"两级管控方案，系统在实际运行中实现了以下效果：

1）防逆流控制。各站点ACCU协调控制器实时监测进线功率，在光伏出力接近负荷时提前启动柔性调节，动态下调光伏出力或调度储能充电，将进线功率维持在安全运行区间内；当柔性调节未能抑制逆流时，AM5SE-IS瞬时动作跳开光伏并网开关，实现并网点防逆流控制目标。

2）光储协同增效。6个光储站点通过“光伏余电充电、高峰时段放电"的协调策略，既解决了光伏余电就地消纳问题，又通过峰谷价差降低了服务区及管理中心的运营电费。

3）集约化运维。EMS3.0云平台将沿线分散的20个站点统一接入集中监控，运维人员在管理中心即可掌握全线光储运行状态，明显降低了日常巡检工作量与人力成本。

4）运行安全与事件追溯。系统投运以来，各站点ACCU协调控制器与AM5SE-IS防逆流保护装置协同动作可靠，未发生并网点逆流超标事件；EMS3.0云平台完整记录各站点运行数据与保护动作事件，支持按站点、按时间段追溯查询，为运维分析与安全审计提供依据。

7结语

随着交通与能源融合发展的深入推进，高速公路沿线分布式光储系统的规模化部署日益成为趋势。本文介绍的湖南某高速光储一体化项目，以安科瑞ACCU系列协调控制器与EMS3.0微电网云平台为核心，构建了“本地自治+云端协同"两级管控方案，在满足各站点防逆流合规要求的同时，实现了光储协调充放电与跨路段统一监控，为山区高速沿线站点分散、工况复杂的光储项目提供了成熟、可复制的解决方案。安科瑞微电网产品体系涵盖本地控制与云端管理，为交通领域绿色用能转型提供可靠的技术支撑。

参考文献：

[1]梁博远，刘效辰，刘晓华，等.基于直流母线电压带的光伏-充电桩-建筑微电网         控制[J].供用电，2025，42（1）：3-12.

[2]田壮梅.基于云计算技术的电动汽车充电桩负荷预测技术应用研究[J].电气技术与经济，2024（9）：191-193.

[3]郑国涛，陈小鹏，郭佳航.基于电网网格化的电动汽车集群充电负荷计算方法[C]//浙江省电力学会2023年度优秀论文 集.国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，2024:11.

[4]倪源，沈旺旺，王梦楠，等.基于V2G技术的电动汽车充电桩充放电控制方法研究[J].汽车测试报告，2024（11）.

[5]郭玥.储能式充电桩参与电网需求侧响应联合运行技术分析。

[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者简介：

陈芳芳，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司