AlwaysControl Technology

← 知识库

DLB · 动态负载平衡

Dynamic Load Balancing

当前版本发布时间 ·

本文目录场站的容量困境受控负荷与容量规划家庭的容量共享动态调整的过程控制性能与安全验证
本文讨论的动态负载平衡(Dynamic Load Balancing,DLB),是根据现场其他用电和车辆充电需求的变化,调整可用充电总额度及各桩分配的控制方式。它使充电利用既定电气容量内的实时余量。[1][2]

场站的容量困境

一个停车场增加充电车位时,限制它的可能不是车位数量,而是原有供电能力。如果每台桩都能不受限制地满功率运行,新增设备的合计需求就可能超过现有容量。业主于是面临扩容、减少桩数,或降低每台桩功率的选择。[2]

但车位需要具备充电条件,并不等于所有车辆必须全程以最大功率充电。车辆什么时候接入、需要补多少电、能停留多久,决定了实际需求。负载管理利用这些调节空间,让更多车辆共享有限容量;只有少数车辆充电时,也可以把更多功率分给它们。[2]

四行编号方案:1 原供电柜配三台桩;2 投入扩容增加供电柜,安装六台;3 扩容路径受阻,仍只有三台;4 保留原供电柜,通过控制器让六台桩共享容量。编号分别采用灰蓝、金、红、绿,与图下说明一一对应。
图 1|同一场站的四种选择。

1 · 不扩容,只装三台
保留原有供电容量,仅为部分车位配置充电桩。

2 · 花钱扩容,装六台
投入扩容成本,增加供电能力,让六台桩各自获得较高额度。

3 · 愿意花钱,扩容仍受阻
扩容路径不可用,增加投入的意愿仍无法换来更多供电容量,只能维持三台。

4 · 动态管理,不扩容也装六台
六台桩共享原有容量,系统控制同时负荷,按需要分配充电额度。

金币表示扩容投入,红叉表示扩容路径受阻,蓝色虚线表示控制关系,绿色条块表示各桩允许的额度。数量仅为示意;方案 4 以总负荷受控、较低功率仍能满足停车期间补能为前提。[2][5]

加拿大 CSA Group 在 2019 年的电动汽车能源管理系统(EVEMS)研究中,就将既有建筑原有容量与新增充电负载的冲突、扩容成本,列为发展能源管理系统的现实背景。这个问题既存在于多车停车场,也存在于后装充电设施的住宅。[3]

受控负荷与容量规划

场站规划还涉及一个问题:安装容量该怎样计入负荷?不能仅凭“平时不会全开”就忽略潜在峰值;如果系统能可靠地约束同时运行的最大负荷,计算就有了另一种依据。以加拿大安大略省为例,ESA 的 2025 年公告区分了无能源管理系统(EMS)和受 EMS 控制的充电负荷,并允许受控充电负荷按 EMS 允许的最大负荷计入。[4]

因此,值得关注的是规划能否反映受控后的实际运行边界。这里的变化,是把“希望车辆错峰”变成“系统能够限制同时需求”。具体怎样计算、哪些条件能够采用受控负荷,仍由当地安装规则规定。

容量问题也会影响项目推进。英国政府在 2024 年梳理充电设施接网问题时,记录了运营者在设备建成后等待送电、无法产生收入的困境,并提出在可行时提供逐步增加容量或可限制用电的接入方式。动态负载平衡可以帮助项目在有限容量下运行,接网过程中的审批与施工问题则需要其他措施处理。[5]

家庭的容量共享

在没有预留充电条件的既有住宅,汽车加入了原本由空调、热水器、厨房等设备共享的入户容量。即使从配电箱给充电桩新增独立支路,上游的家庭总容量仍然需要共同分配。新增一条屋内支路,与向电力公司申请新增进线或扩容,是两件不同的事。

固定限制充电功率是一种简单做法:预留家电可能需要的容量,把充电桩设置在较低上限。它的代价是,家电停用后,充电上限仍然不变。动态控制则根据实际用电调整:做饭或热水器运行时降低充电电流,其他用电减少后,再允许充电恢复到可用范围内。[1][2]

住宅与充电共同使用入户容量,不等于可以任意共接一条家电线路。安大略省公告一般要求充电设备使用独立支路,同时为安装 EMS 的共享支路提供了条件性路径。[4]

同一家庭的两个时刻:上方家电用电较多、充电可用份额较小;下方家电用电减少、充电可用份额增大。两条等长容量条分别以蓝色和绿色表达两者的份额。
图 2|两行表示同一家庭的两个用电状态。左侧为家电,右侧为充电车辆;等长容量条中的蓝色表示其他用电,绿色表示留给充电的容量。下行家电用电减少,充电可用份额随之增加。条块只示意分配关系,不代表实测数据或电流流向。

固定较低功率如果足够完成日常补能,可以是经济的选择。动态调节更有价值的场景,是用电高峰限制了充电,但其他时段又有可用容量:系统把这些余量用起来,减少“有电可用,却一直充得慢”的情况。

动态调整的过程

从控制过程看,可以把它理解为一个循环:测量现场用电,计算还能分配给充电的额度,再调整各桩允许的功率或电流,随后继续观察。计量提供现场状态,控制器决定分配,充电设备执行限制。这个循环是对监测与控制环节的概括,系统可以采用不同的部署和通信方式。[6]

这里有两层调整。第一层是充电总额度:其他负荷上升,总额度收缩;其他负荷下降,总额度释放。第二层是在这个额度内分配:车辆离开、结束充电或需求降低后,可以把释放的份额分给其他仍有需求的车辆。单车能够增加多少,还受车辆和充电设备能力限制。[1][7] 分配可以采用均分或优先级等策略,下面的示意选择平均分配。[1]

上行三辆车共享同一充电总额度,每辆旁边的绿色条块相同;下行中间车辆离开,左右两辆车获得更长的条块,总绿色长度保持相同。
图 3|两行的充电总额度相同。上行三辆车均分;下行中间车辆离开,剩余两辆车均分释放的份额。绿色条块表示允许使用的额度;本例假设剩余车辆及充电桩能接受增加的份额。[1][7]

静态负载管理也可以在多台桩之间重新分配,它固定的是充电区域的总额度。动态管理进一步根据现场其他负荷调整这个总额度。两者的区别,不能简单理解为“每台桩功率是否会变化”。[1]

控制性能与安全验证

动态分配能否被依赖,需要通过可重复的测试验证。CSA/ANSI C22.2 No. 343:25《Electric vehicle energy management systems》面向 EVEMS 的功能安全控制,公开目录将负荷管理、Class B 响应时间、电流监测、失联监测和故障防护分别列项。[9][10]

这些项目可以联系到具体的运行记录。下表将标准列出的检查方向转化为便于理解的观察对象;合格限值、系统类别和试验条件由适用条款确定。

检查方向

可观察、记录的结果

负荷管理(4.2.1)

其他负荷增加或车辆接入时,对照配置限额与受控负荷曲线,查看系统怎样限制充电。

Class B 响应时间(4.2.2)

记录对应类别及规定测试工况下的响应耗时,判断是否满足适用时间要求。

电流监测(4.2.3)

对照监测读数与参考测量值,检查测量是否足以支持正确的负荷控制。

失联监测(4.3.2)

记录通信中断的识别、控制动作及中断期间的实际负荷,检查失联后的运行状态。

功能安全故障防护(4.6)

在相关故障试验中,记录安全相关控制的表现与负荷变化,验证故障防护。

例如,家庭电器投入运行后,可以同时观察总电流曲线与充电控制动作;通信中断后,则要观察系统实际进入的状态。Technical Safety BC 的 EVEMS 公告也要求验证系统正确运行及安全状态,并覆盖相关支路、馈线和入户供电的负荷约束。[8]

CSA 343 于 2025 年首次出版,同时是加拿大和美国国家标准,适用范围包含 EVEMS 产品、匹配子组件及关联软件。DLB 描述动态分配功能,EVEMS 是承担负荷控制的系统;具备动态分配功能本身,并不足以说明整套系统符合标准。[9]

控制性能与安全验证之外,还要检验实际补能效果:在约定停车时间内,车辆获得了多少电量,哪些需求没有满足。系统能够可靠限制负荷,是共享容量的基础;车辆能否完成预期补能,则要结合可用容量、停留时间和分配策略判断。

参考资料