CN102185375A - 智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统及其方法，属于电力系统自动化领域，所述系统主要由节能增效数据库、智能电表、后台评价与监管控制系统、身份识别装置、双向智能控制装置所组成。所述方法包括为每个用户设置独有的节能增效ID卡，记录用户节能增效参数信息并将该信息保存在系统中；用户每次通过系统刷卡消费时，先进行身份识别，根据储存的节能增效参数信息，计算出该用户的买电、卖电价格，用户消费完后，系统进行扣费、返费的计算，并对ID卡中信息进行更新并保存在系统中。本发明可实现智能电网的最优化用电模式。

Description

智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统及其方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，涉及到评价与监管系统，特别涉及一种智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统。

背景技术

当今世界各国都处在能源危机和环境污染的双重压力下，这促使各国必须改变现有的能源发展战略。中国在近几年也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的发展思路。如此也给电力系统的发展以及供电服务质量等方面提出了更高的要求。在这个背景下，国家电网公司提出了立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网的发展目标。

交互式能动性是智能电网的主要特征和发展目标，它可以实现电网公司与用户之间的信息交互、需求交互。对于用户而言，可以作为分布式负荷和电源接入电网，参与电网的负荷控制和管理，并可将富余的电能用于电网调配和应急。对于电网而言，可以实时掌握电能需求，合理配置电能资源，引导用户的用电行为，提高投资效益，增强电网稳定性。当然，要实现这个目标，不仅仅是技术层面上的事，它还涉及到用户的节能增效意识，以及政府对用户节能增效行为的评价与监管问题。

目前中国现行的评价与监管主要集中在电气设备本身，仅以产品的安全运行、产品本身的节能降耗、环保优化和降低成本为重点，而对用户的节能增效行动监管方面还处于空白，仅仅以增强用户节能意识，靠用户的责任感、道德约束以及自律来实现民众的自觉节能，这往往会使节能增效的口号空泛、缺乏制约。

发明内容

本发明的目的是解决节能增效口号空泛、缺乏制约的问题，提出一种智能电网下的节能增效评价与监管系统及其方法，从而实现智能电网的最优化用电模式。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统及其方法，其特征在于，所述系统主要由智能电表、后台评价与监管控制系统、身份识别装置、双向智能控制装置，以及设置在物联网中的节能增效数据库所组成；该双向智能控制装置与智能电表通过电力线路连接，该后台评价与监管控制系统分别与智能电表、双向智能控制装置和身份识别装置通过通信线路进行连接，设置在物联网中的节能增效数据库经过物联网与后台评价与监管控制系统通过通信线路连接；智能电表通过电力线连接到智能电网上，后台评价与监管控制系统通过通信线路连接到物联网上，双向智能控制装置通过电力线连接到电动汽车的蓄电池上或电动汽车充电站的耗能设备上；

所述节能增效数据库，用于存储节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分这些用户节能增效参数信息以及电动汽车充电站的使用率、充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息；智能电表用于监测电动汽车用户的买电和卖电量；后台评价与监管控制系统根据物联网传输的节能增效数据库中相应信息，给汽车用户显示当前快速充放电的电价、名额以及节能增效参数信息，并限制不节能用户的充放电行为；身份识别装置用来识别电动汽车用户的身份；双向智能控制装置根据后台评价与监管控制系统发出的指令信号进行电动汽车蓄电池及电动汽车充电站的耗能设备的充放电操作及计价；

所述系统不仅对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，还对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管。

所述系统的对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管的方法，其特征在于，通过储存在系统中的电动汽车用户的节能增效参数综合对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，包括以下步骤：

11)为每个用户设置独有的节能增效ID卡，记录该用户的买电次数、卖电次数、买电量、卖电量以及由节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分组成的用户节能增效参数信息并将该信息保存在系统中；

12)用户使用节能增效ID卡进行消费，每次通过系统刷卡消费时，系统首先对持卡人的身份进行识别，根据储存在系统中的该用户的节能增效参数信息，计算出该用户的买电、卖电价格，买电价格与节能增效积分成反比，卖电价格与节能增效积分成正比；

13)系统根据用户的消费内容进行充电操作放，用户消费完后，系统进行扣费、返费的计算，并对该用户的节能增效ID卡中信息进行更新并保存在系统中。

所述系统的对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管的方法，通过储存在系统中的电动汽车充电站的耗能设备节能增效参数信息来对耗能设备进行评价与监管，包括以下步骤：

21)为电动汽车充电站的每个耗能设备设置独有的节能增效ID卡，记录该充电站的使用率、充电站充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息并保存在系统中；

22)每次耗能设备运行时，系统监测其运行参数，计算出该设备的节能增效参数信息，并对节能增效ID卡中的信息更新并将更新后的信息保存在系统中。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

1)提出建立智能电网下的节能增效数据库，并细化出反映电动汽车用户及电动汽车充电站等耗能设备节能增效行为的参数，为政府的节能增效评价与监管提供有价值的量化信息。

2)提出智能电网下的电动汽车节能增效监管与物联网相融合，系统对电动汽车用户及电动汽车充电站等耗能设备的节能增效行为进行统一的评价与监管。电动汽车用户可以合理的安排自己的节能增效行为，在获取自身最低用电成本的同时节约国家资源，监管部门可以根据耗能设备的节能增效状况，安排节能增效专项基金，促使企业进行节能增效改造和调整节能增效投入等。从而实现智能电网下的最大化节能增效以及最优化用电模式。

本发明对其他耗能产业的节能增效评价与监管等也适用，具有很大经济和社会效益。

附图说明

图1是智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统框图。

图2是节能增效评价与监管系统软件流程图。

具体实施方式

这里以智能电网下的电动汽车产业为例，来详细叙述本发明的具体实施。

本发明提出的智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统结构如图1所示，其中粗线代表电力线路，细线代表通信线路。该系统由节能增效数据库、智能电表、后台评价与监管控制系统、身份识别装置、双向智能控制装置所组成；双向智能控制装置与智能电表通过电力线路连接，后台评价与监管控制系统分别与物联网、智能电表、双向智能控制装置和身份识别装置通过通信线路进行连接，节能增效数据库经过物联网与后台评价与监管控制系统通过通信线路连接；本系统中的智能电表通过电力线连接到智能电网上，双向智能控制装置通过电力线连接到电动汽车的蓄电池上；节能增效数据库建立在物联网中，用于存储节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分这些用户节能增效参数信息以及电动汽车充电站的使用率、充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息；智能电表用于监测电动汽车用户的买电和卖电量；后台评价与监管控制系统根据物联网传输的节能增效数据库中相应信息，给汽车用户显示当前快速充放电的电价、名额以及节能增效参数信息，并限制不节能用户的充放电行为；身份识别装置用来识别电动汽车用户的身份；双向智能控制装置根据后台评价与监管控制系统发出的指令信号进行电动汽车蓄电池的充放电操作及计价；

本发明的系统中主要利用身份识别技术，构建智能化识别、监控和管理的电动汽车充放电系统，并分别与智能电网和物联网相连接组成一个对用户进行评价与监管的网络。在这个网络中，每个用户有一张独立的ID卡，记录了该用户的充电次数、卖电次数、充电量、卖电量以及各种节能参数等信息，每次刷卡消费后采集系统都会将用电信息更新后传输给后台评价与监管控制系统，后台评价与监管系统根据这些信息进行扣费、返费计算，并且对用户的节能意识评价参数、节能贡献评价参数以及个体节能综合参数等个体节能参数进行更新后传送给节能增效ID卡及物联网中的节能增效数据库保存。用户再次消费时，后台评价与监管控制系统会根据物联网传输的信息，给用户显示当前快速充放电的电价、名额以及节能增效参数等信息。这样对于售电公司而言，可以随时限制不节能用户的频繁充电，鼓励用户进行节能和负荷高峰时卖电。对于用户而言，在明确了自己的节能参数后，就可以根据需要科学的制定自己的买电卖电计划，在自身利益最大化的同时，节约了国家资源。另外，该系统还监管各个充电站的实际运行情况，对充电站的使用率、充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能综合参数等进行监测。这样监管部门可以获取各充电站节能状况，安排节能专项基金，促使企业调整节能投入等；电网公司可以有目的的对各个充电站进行节能改造以及分配充放电指标等。

本系统中的节能增效数据库可由具有大容量存储硬板的PC机组成，用于存储节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分这些用户节能增效参数信息以及电动汽车充电站的使用率、充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分等耗能设备节能增效参数信息；智能电表可采用施耐德公司的PM系列的电力参数测试仪，用于监测电动汽车用户的买电和卖电量；后台评价与监管控制系统可采用施耐德公司TSXPremium系列PLC为核心控制器，它根据物联网传输的信息，给用户显示当前快速充放电的电价、名额以及节能增效参数信息，并限制不节能用户的充放电行为；身份识别装置可采用恩智浦半导体公司的P5CD081等芯片为核心控制器组成，用来识别电动汽车用户的身份；双向智能控制装置可由PWM整流电路和双向隔离DC/DC电路组成，它根据后台评价与监管控制系统发出的指令信号进行电动汽车或电动汽车充电站的充放电操作。

如图2所示是后台评价与监管控制系统的程序流程图，程序采用梯形图语言编写，主要包括初始化、采集输入信号、采集电力参数、读PC机数据、参数计算、电源系统控制、人机交互信息更新、PC机交互信息更新子程序。初始化子程序用来对控制系统中各类需要使用的寄存器进行初始化操作，以便控制系统能够正常运行；采集输入信号子程序用来采集用户ID卡中存储的各项节能增效参数以及用户从人机界面中输入的各项控制操作参数，采集电力参数子程序用来采集充电站运行过程中的各项电力参数，并将各项模拟量信号转化为对应的数字量后存储到控制系统内；读PC机数据子程序用来读取物联网传递给PC机的各项信息参数；参数计算子程序根据采集到的买电次数、卖电次数、买电量、卖电量以及节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分用户节能增效参数信息以及充电站设备的使用率、买电卖电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息进行扣费、返费计算；电源系统控制子程序根据输入信号指令控制充电站的充放电操作；人机交互信息更新子程序用来向用户显示当前充电状态，以及对用户的的节能参数进行更新后传送给节能增效ID卡；PC机交互信息更新子程序将更新好的用户及充电站的节能增效参数传输给PC机存储。

上述系统不仅对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，还对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管。

本发明提出采用上述系统的对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管的方法，其特征在于，通过储存在系统中的电动汽车用户的节能增效参数综合对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，包括以下步骤：

11)为每个用户设置独有的节能增效ID卡，记录该用户的买电次数、卖电次数、买电量、卖电量以及由节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分组成的用户节能增效参数信息并将该信息保存在系统中；

12)用户使用节能增效ID卡进行消费，每次通过系统刷卡消费时，系统首先对持卡人的身份进行识别，根据储存在系统中的该用户的节能增效参数信息，计算出该用户的买电、卖电价格，买电价格与节能增效积分成反比，卖电价格与节能增效积分成正比；

13)系统根据用户的消费内容进行请充放电操作，用户消费完后，系统进行扣费、返费的计算，并对该用户的节能增效ID卡中信息进行更新并保存在系统中。

上述步骤11)中由节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分组成的用户节能增效参数信息分别定义如下：

1)节能增效意识评价积分α为：

α＝[r₁(N₂₁-N₁₁)+r₂(N₂₂-N₁₂)]/(N₁+N₂)         (1)

用户节能增效意识评价积分α反映了用户节能意识程度，也就是根据用户在高峰和低谷充放电次数的净差占总的充放电次数的百分比，来评价该用户的节能意识；这里充电次数与卖电次数的计算是根据最低充放电量来确定，以防止人为的刷高意识评价参数；

式(1)中：r₁为高峰意识评价系数；r₂为低谷意识评价系数，其中，r₁＞r₂＞0，根据不同地区的电网峰谷情况，可以对应的调整r₁和r₂的大小，进而鼓励用户的高峰放电以及低谷充电的行为。

式中：N₁为用户充电总次数；N₂为用户卖电总次数；

N₁＝N₁₁-N₁₂

N₁₁为用户在电网负荷高峰时的充电总次数；N₁₂为用户在电网负荷低谷时的充电总次数；

N₂＝N₂₁+N₂₂

N₂₁为用户在电网负荷高峰时的卖电总次数；N₂₂为用户在电网负荷低谷时的卖电总次数。

2)节能增效贡献评价积分β：考虑到上述用户节能增效意识评价积分仅仅反映了该用户卖电次数百分比，本方法再引入用户节能增效贡献评价积分，定义β为：

β＝[k₁(C₂₁-C₁₁)+k₂(C₂₂-C₁₂)]/(C₂-C₁)     (2)

用户节能增效贡献评价积分β，反映了电网所需用户卖电的急迫程度。也就是根据用户在高峰和低谷充放电量的净差占总净差的百分比，来评价该用户对电网的节能贡献；

式(2)中：k₁为高峰贡献系数；k₂为低谷贡献系数，其中，k₁＞k₂＞0，根据不同地区的电网峰谷情况，可以对应的调整k₁和k₂的大小，进而鼓励用户的高峰放电以及低谷充电的行为。

式中：C₁为用户充电总量；C₂为用户卖电总量；

C₁＝C₁₁+C₁₂

式中：C₁₁为用户在电网负荷高峰时的充电总量；C₁₂为用户在电网负荷低谷时的充电总量；

C₂＝C₂₁+C₂₂

式中：C₂₁为用户在电网负荷高峰时的卖电总量；C₂₂为用户在电网负荷低谷时的卖电总量。

3)用户节能增效综合积分p

p＝rα+kβ                (3)

用户节能增效综合积分p用来综合评价用户的节能增效行为；

式(3)中r为节能增效意识评价系数，它代表用户节能增效意识在综合积分中的权重；k为节能增效贡献评价积分，它代表用户节能增效贡献在综合积分中的权重

其中，r＞0，k＞0，可根据实际情况改变其大小，进而体现系统对用户节能增效意识和节能增效贡献的重视程度。

上述步骤12)中计算出该用户的买电、卖电价格，买电价格与节能增效积分成反比，卖电价格与节能增效积分成正比，即节能增效积分高的买电价格低，卖电价格高，例如以1个节能增效积分代表1角钱，节能增效积分每增加1个买电价格就减少1角钱，卖电价格就增加1角钱。

本发明还提出采用上述系统的对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管的方法，其特征在于，通过储存在系统中的电动汽车充电站的耗能设备节能增效参数信息来对耗能设备进行评价与监管，包括以下步骤：

21)为电动汽车充电站的每个耗能设备设置独有的节能增效ID卡，记录该充电站的使用率、充电站充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息；

22)每次耗能设备运行时，系统监测其运行参数，计算出该设备的节能增效参数信息，并对节能增效ID卡中的信息更新并将更新后的信息保存在系统中。

上述步骤21)中由设备的使用率、买电卖电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分组成的耗能设备节能增效参数信息分别定义如下：

4)充电站使用率ξ为：

ξ＝T₀/T₁＝(T₁+T₂)/T

式中：ξ为充电站使用率；T₀为充电站工作总时间，T₁为充电总时间，T₂为放电总时间；T为总时间。

5)充电站充放电效率η₁为：

η₁＝P₁/S₁

式中：η₁为充电效率；P₁为转化到电池的总功率；S₁为充电时从电网获取的总功率。

η₂＝P₂/S₂

式中：η₂为放电效率；P₂为回馈到电网的总功率；S₂为电动汽车蓄电池发出的总功率。

6)充电站电网贡献率μ为：

μ＝S₂/S₁

式中：μ为充电站电网贡献率；S₁为充电时从电网获取的总功率；S₂为电动汽车蓄电池发出的总功率。

7)充电站谐波污染率δ为：

δ＝(I²-I₁ ²)^1/2/I₁

式中：δ为充电站谐波污染率；I₁为基波电流有效值；I为总电流有效值。

8)充电站节能增效综合积分ε为：

ε＝f(ξ，η₁，η₂，μ，δ)＝λ₁ξ+λ₂η₁+λ₃η₂+λ₄μ+λ₅δ

式中：ε为充电站节能增效综合积分，它综合反映了充电站的节能状况；λ_i＞0(i＝1～5)为节能增效评价系数，它们分别代表充电站使用率、充放电效率、电网贡献率以及谐波污染率在充电站节能增效综合积分中的权重，可以根据实际情况改变它们的大小，进而体现系统对各项指标的重视程度。

Claims (3)

1.一种智能电网下的电动汽车节能增效评价与监管系统及其方法，其特征在于，所述系统主要由智能电表、后台评价与监管控制系统、身份识别装置、双向智能控制装置，以及设置在物联网中的节能增效数据库所组成；该双向智能控制装置与智能电表通过电力线路连接，该后台评价与监管控制系统分别与智能电表、双向智能控制装置和身份识别装置通过通信线路进行连接，设置在物联网中的节能增效数据库经过物联网与后台评价与监管控制系统通过通信线路连接；智能电表通过电力线连接到智能电网上，后台评价与监管控制系统通过通信线路连接到物联网上，双向智能控制装置通过电力线连接到电动汽车的蓄电池上或电动汽车充电站的耗能设备上；

所述节能增效数据库，用于存储节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分这些用户节能增效参数信息以及电动汽车充电站的使用率、充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息；智能电表用于监测电动汽车用户的买电和卖电量；后台评价与监管控制系统根据物联网传输的节能增效数据库中相应信息，给汽车用户显示当前快速充放电的电价、名额以及节能增效参数信息，并限制不节能用户的充放电行为；身份识别装置用来识别电动汽车用户的身份；双向智能控制装置根据后台评价与监管控制系统发出的指令信号进行电动汽车蓄电池及电动汽车充电站的耗能设备的充放电操作及计价；

所述系统不仅对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，还对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管。

2.采用如权利要求1所述系统的对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管的方法，其特征在于，通过储存在系统中的电动汽车用户的节能增效参数综合对电动汽车用户的节能增效行为进行评价与监管，包括以下步骤：

11)为每个用户设置独有的节能增效ID卡，记录该用户的买电次数、卖电次数、买电量、卖电量以及由节能增效意识积分、节能增效贡献积分、节能增效综合积分组成的用户节能增效参数信息并将该信息保存在系统中；

12)用户使用节能增效ID卡进行消费，每次通过系统刷卡消费时，系统首先对持卡人的身份进行识别，根据储存在系统中的该用户的节能增效参数信息，计算出该用户的买电、卖电价格，买电价格与节能增效积分成反比，卖电价格与节能增效积分成正比；

13)系统根据用户的消费内容进行请充放电操作，用户消费完后，系统进行扣费、返费的计算，并对该用户的节能增效ID卡中信息进行更新并保存在系统中。

3.采用如权利要求1所述系统的对电动汽车充电站耗能设备的运行过程进行节能增效评价与监管的方法，其特征在于，通过储存在系统中的电动汽车充电站的耗能设备节能增效参数信息来对耗能设备进行评价与监管，包括以下步骤：

21)为电动汽车充电站的每个耗能设备设置独有的节能增效ID卡，记录该充电站的使用率、充电站充放电效率、电网贡献率、谐波污染率以及节能增效综合积分耗能设备节能增效参数信息并保存在系统中；

22)每次耗能设备运行时，系统监测其运行参数，计算出该设备的节能增效参数信息，并对节能增效ID卡中的信息更新并将更新后的信息保存在系统中。

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