1、背景與需求
在全球能源轉型和 “雙碳” 目標推動下，電動汽車（EV）普及率快速提升，換電站作為重要補能設施，其規模化發展面臨能源消耗與碳排放的雙重挑戰。傳統換電站采用 “無序充電” 模式，即電池充滿后立即停止，未考慮電網負荷波動與可再生能源出力變化，不僅可能引發電網峰谷差加劇、電壓波動等問題，還會因依賴火電為主的能源結構，導致碳排放總量居高不下。
綜合能源系統（IES）通過整合電、熱、冷、氣等多能源形式，結合可再生能源（如光伏、風電）與儲能設備，為換電站的低碳化運行提供了新思路。而有序充電作為換電站與電網協同的核心技術，可通過優化充電時序與功率，實現 “削峰填谷” 與碳排放降低的雙重目標。因此，研究換電站有序充電與碳排放協同的綜合能源系統優化調度，對推動 EV 產業低碳發展、保障電網安全穩定具有重要現實意義。
2、換電站綜合能源系統構成與關鍵問題
（一）系統構成
換電站綜合能源系統通常包含三大核心模塊：一是能源供給模塊，涵蓋電網、分布式光伏（PV）、風電（WT）等可再生能源，以及燃氣輪機等備用能源；二是能源轉換與存儲模塊，包括換電站電池儲能系統（BESS）、充電樁、換熱器等設備，其中 BESS 既用于滿足車輛換電需求，也可參與電網調峰；三是能源需求模塊，主要為換電站的電池充電需求，同時包含站內辦公、照明等輔助用電負荷。
（二）關鍵問題
供需失衡與電網壓力：換電站充電負荷具有 “隨機性、集中性” 特點，若在用電高峰時段無序充電，會加劇電網峰谷差，甚至引發局部過載。例如，晚高峰時段（18:00-22:00）既是居民用電高峰，也是換電站需求高峰，無序充電會導致電網負荷驟增。
碳排放與可再生能源消納矛盾：若換電站充電依賴火電為主的電網，會直接增加碳排放；而分布式光伏、風電出力具有間歇性，若無法與充電需求匹配，會導致可再生能源棄電率升高，間接增加碳排放。
多目標協同優化難度大：綜合能源系統優化需同時滿足 “電網安全（削峰填谷）、低碳（降低碳排放）、經濟（最小化運行成本）” 三大目標，三者之間存在耦合與沖突。例如，優先使用可再生能源雖能降低碳排放，但可能因出力波動導致電網負荷不穩定；追求經濟成本最小化可能會增加火電使用，進而升高碳排放。
3、換電站有序充電與碳排放的綜合能源系統優化調度策略
基于 “源 - 荷 - 儲” 協同的有序充電調度模型
能源供給側優化：優先利用分布式光伏、風電等可再生能源，根據實時出力預測調整充電功率；當可再生能源出力不足時，通過電網購電補充，同時避免在電網峰時段購電；設置燃氣輪機作為備用能源，僅在極端情況下啟用，減少碳排放。
負荷側優化：基于換電站電池需求預測（如車輛到站時間、電池剩余電量），采用 “錯峰充電” 策略，將充電需求轉移至電網谷時段或可再生能源高出力時段；對充電功率進行動態分配，避免單一時段充電負荷過高，實現 “削峰填谷”。
儲能側優化：利用換電站 BESS 的儲能特性，在可再生能源高出力時段或電網谷時段充電儲能，在可再生能源低出力時段或電網峰時段放電，既提升可再生能源消納率，又緩解電網壓力；同時，BESS 可參與電網調頻，獲取輔助服務收益，降低運行成本。
4、安科瑞充電樁收費運營云平臺系統選型方案
4.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
4.2應用場所
適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。
4.3系統結構
系統分為四層：
（1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。
（2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。
（3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。
（4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。
（5）應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能
4.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。
4.4.2實時監控
實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。
4.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。
4.4.4統計分析
通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。
4.4.5充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，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。
5、系統硬件配置
6、結論
綜上，換電站有序充電與碳排放協同的綜合能源系統優化調度，通過 “源 - 荷 - 儲” 協同、多目標算法優化與動態反饋機制，可有效平衡電網安全、低碳與經濟目標，為 EV 產業低碳發展提供技術支撐。未來研究可進一步結合氫能等新型能源形式，以及車網互動（V2G）技術，提升系統的靈活性與低碳性。