面向规模化电动汽车接入的智能充电终端研究

一 电动汽车规模化接入对配电台区带来的核心挑战（一）充电负荷集中导致电压波动频繁

在典型居民区和城市微网场景中，电动汽车集中在夜间进行同步充电，形成高幅度、短周期的负荷激增，对配电台区电压稳定性构成直接冲击。 由于传统配电系统普遍采用静态配置，缺乏对动态负荷变化的自适应调节能力，导致电压在尖峰时段频繁逼近或跌破下限阈值。以包头市青山区某住宅台区为例，在工作日晚 20 时至22 时出现电压跌落至198 伏的现象，已低于国家标准规定的安全电压下限，影响终端设备正常运行。

（二）设备无序接入造成三相不平衡

在商业区与工业园区等大功率接入场景中，电动汽车充电桩普遍采用三相四线制供电架构，若安装规划缺乏统一相位管理，极易引发三相负荷分布失衡。呼和浩特市某核心商务区充电站运行数据显示，单时段内 B 相负载远高于 A 相与 C 相，形成相间偏差达8.2 千伏安的严重不平衡状态，显著提升了中性线电流及设备发热风险，并引发变压器铁心磁通偏移，降低供电系统运行寿命。

（三）高峰时段变压器过载风险突出

电动汽车在早晚高峰段集中充电行为将负荷曲线推高至远超原设计极限的临界状态，造成变压器频繁过载运行，带来绝缘性能劣化与热损耗增加等隐性风险。监测数据显示，部分城市台区在峰值时段充电负荷已使配变负载率超过 135%，而该类台区在非高峰期间平均负载率仅为 62%，存在显著的利用率时段不均问题。由于变压器冷却系统设计多为固定散热结构，无法跟随负荷波动进行动态响应，短时间过载即可能触发热击穿或保护跳闸，危及台区连续供电能力。

二 智能充电终端的系统设计与关键功能实现（一）终端软硬件架构支撑实时感知与边缘控制

智能充电终端采用主从双处理器异构协同架构，通过将电能质量分析、控制决策与通信管理进行功能分离，有效提升了在边缘侧处理复杂多源数据的能力。主处理器内嵌电压、电流、频率、谐波等多参数高频采集模块，采样频率提升至10kHz，能够精准捕捉电网扰动的瞬时波动；从处理器则运行多协议解析引擎，实现对IEC 61850、Modbus、DLT 645 等通信规约的兼容支持，确保与充电桩、储能系统及配网设备的低延迟联动。硬件层面整合IP65 级工业防护设计与-40℃至+85℃宽温域运行能力，适配严寒、风沙等极端气候。软件系统采用分层分域模块化设计，数据采集层、决策计算层与执行保护层各司其职，通过内嵌状态自检机制实现运行状态每 15 分钟一次的自诊断巡检，提升了设备在线可靠性与远程调控能力的稳定性支撑。

（二）动态容量感知技术提升配电网调控能力

传统充电控制系统基于静态负荷模型，难以适应电动汽车接入带来的时变性负载冲击。为此，智能终端引入数字孪生驱动下的动态容量感知 线路电压降、实时阻抗等参数为核心输入，构建具备状态预测能力的仿真映射 系统一旦检测到关键节点电压逼近设定安全边界，即可分级触发调控 下 充电优先 序及储能系统介入无功支撑。在负载突升场景中，终端可于毫秒级完成感知— 执行闭环响应，实现从单点桩控向台区级负荷整体优化的跃迁。

（三）多目标优化算法实现充电安全与用户体验兼顾

为在多重目标间实现协同平衡，终端内置的优化算法引入“电网安全—经济成本—用户满意度”三维权重模型，构建多目标约束求解机制。该算法以保障电压偏差不超±5%、三相不平衡度低于 4kVA 为刚性安全约束，以最小化单位电能成本为经济目标，以用户设定的预约时段内电量达成率为体验指标，采用启发式分段优化与滚动预测联合机制，在每5 秒周期内动态调整各充电单元的功率分配。

三 面向典型问题的实证验证与技术对策应用（一）针对电压波动问题实施分级限流与无功补

在规模化电动汽车充电集中区，电压下跌呈现高度集中于傍晚负荷高峰期的典型趋势，且受线路阻抗、末端桩位分布及负载随机性的叠加影响， 局部节点易发生 能终端通过实时监测台区母线及馈线末端电压变化，建立分级响应模型，将电压 三级等级。当电压接近下限警戒值时，系统优先限流未充满电动汽车功率， 在不影响整体充电 下实现瞬时负荷削减；当跌落进入严重区间，系统则联动接入储能系统，通过向电网侧注入无功 电压水平；若进入临界区，则暂停低优先级新充电请求，实现快速负荷切断。

（二）针对三相不平衡问题优化充电相位配置方案

城市公共充电站普遍存在相位规划混乱、现场施工与实际接线不符等问题，导致三相负荷分布严重失衡，进而引发配电设备损耗增加与系统运行效率下降。针对这一结构性缺陷，智能终端引入相位识别与接入校核机制，通过检测各相实时电流与功率波动特征，建立充电负荷与电网相位对应关系模型，实现相位自动识别与不平衡度动态分析。在运行过程中，终端根据三相电流偏移程度动态调整充电策略，例如在B 相负荷长期偏高时，优先将新启动充电任务分配至 A 相或 C 相，确保三相趋于均衡。此外，在新站点建设阶段，系统支持基于相序预判的接入引导功能，可在设备层面提前规避不均衡风险。该策略在包头市两个工业区站点实测中将不平衡度压缩至3.1 千伏安以内，优于国家标准要求，并有效延长了配电变压器运行寿命。

（三）针对过载风险问题推行负荷削峰与智能调度

电动汽车充电行为的高度聚集性导致配变在某些时段长期运行于过载边界之上，不仅诱发散热系统热稳定性下降，更在调度层面产生连锁冲击。智能终端在此背景下部署分时段负荷引导与实时智能调度双重机制，首先基于用户预约数据与台区负载预测结果构建负荷峰谷分布模型，对不同时间片设定充电功率上线，实现前馈式负荷削峰调控；其次引入滚动优化调度算法，每 5 秒周期内评估设备当前运行状态与负载趋势，动态调整各桩功率指令，提升电网应对突发负荷能力。在极端高峰段如冬季取暖期，终端可集成储能系统与可调负荷资源形成虚拟柔性池，实现充电与负荷消纳间的多向动态平衡。

结语

电动汽车的快速普及正在深刻重塑配电网的运行格局，传统静态供电体系难以承载动态负荷带来的实时调控需求。本文提出的智能充电终端，以边缘感知、动态调控与协同优化为核心，实现了配电台区从被动响应向主动管理的转型。实践证明，该系统不仅缓解了关键运行压力，更为构建柔性可调、高可靠性的配电网络奠定了技术基础。

作者简介：

第一作者：王冰，（1983.1—），男，满族，籍贯：吉林省伊通县，大连交通大学电气信息学院，特来电新能源科技有限公司，学士学位，专业：电气工程及其自动化

第二作者：李洪香，（1985-），女，汉族，籍贯：山东省德州市，重庆大学动力工程学院，特来电新能源科技有限公司，硕士学位，专业：动力工程及工程热物理

第三作者：朱鑫升（1992.10—），男，汉族，籍贯：山东省潍坊市，青岛大学自动化工程学院学士学位，专业：电气工程及其自动化

课题信息：文章出自内蒙古自治区 “揭榜挂帅”项目-规模化电动汽车充放电与电网多层级互动技术研究和应用示范，项目编号 2022JBGS0043