CN102842946B - 一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法。属于电气自动化技术领域。该系统包括配电变压器、电流互感器、电压互感器、三相母线、至少2个充电桩、电网负荷调度器，其中电流互感器串接在三相母线中，电压互感器并联在三相母线和中线之间，还包括电动汽车有序充电协调器，所述电动汽车有序充电协调器包含一个主机，主机分别和电流互感器、电压互感器连接，并通过网关和充电桩通讯，主机和电网负荷调度器通过通讯口通讯。本发明还提供了一种针对配电变压器的电动汽车有序充电方法。该发明不仅可有效利用配电容量从而提高充电效率，也有利于电网的经济运行和安全。

Description

一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法
技术领域
本发明涉及电气自动化技术领域，尤其涉及一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法。
背景技术
电动汽车充电设施的建设呈现快速发展，充电桩将经常安装于居民小区或停车场，这必然要占用已有的配电变压器容量。当某个配电区域的充电桩数量较多时，必然对变压器的运行产生威胁。有可能在已有负荷的峰段造成明显叠加，超过变压器的额定容量。
由于电动汽车的发展在国内尚处于发展初期，尚无从充电控制的角度对充电负荷进行控制的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法，通过监控变压器的三相负荷，与安装于该配变下的充电设置进行通信，达到协调和控制的目的。一是监控每相负荷不超过限值，当达到限值后，对充电设施的功率进行限制；二是用于引导电动车辆到指定充电桩进行充电，从而避免随意充电可能造成的严重三相不平衡。
为了达到以上目的，本发明实施例公开了一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统，包括配电变压器、电流互感器、电压互感器、三相母线、至少2个充电桩、电网负荷调度器，其中电流互感器串接在三相母线中，电压互感器并联在三相母线和中线之间，还包括电动汽车有序充电协调器，所述电动汽车有序充电协调器包含一个主机，主机分别和电流互感器、电压互感器连接，并通过网关和充电桩通讯，主机和电网负荷调度器通过通讯口通讯。
进一步，作为一种优选，主机和网关之间通过WLAN连接。
进一步，作为一种优选，网关和充电桩之间通过CAN总线通讯。
进一步，作为一种优选，主机和电网负荷调度器通过GPRS通讯。
进一步，作为一种优选，充电桩上安装有指示灯。
本发明实施例还公开了一种针对配电变压器的电动汽车有序充电方法，包括以下步骤：
电动汽车有序充电协调器主机通过采集到的三相电压、三相电流计算出当前各相有功功率；
再用变压器额定每相功率减去当前各相有功功率，从而得到每相冗余有功功率；
根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车。
进一步，作为一种优选，根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车具体为：比较每相冗余有功功率，得到冗余有功功率最大的相别，给连接到该相别的所有充电桩发送充电引导指令。
进一步，作为一种优选，充电引导指令为指示灯控制指令。
进一步，作为一种优选，根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车具体为：主机根据当前每相冗余有功功率、充电桩功率及用户需求，通过算法求出充电计划。
本发明通过对配变三相负荷进行监控，与配变属下的充电设施进行通信，通过设置每个充电桩的充电最大功率限制总负荷；同时，通过充电设施上的信号对待充电动车辆进行引导，减小三相不平衡且提高容量利用率。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1为本发明实施例电动汽车有序充电系统框图。
具体实施方式
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
如图1所示，一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统，包括配电变压器1、电流互感器2、电压互感器3、三相母线4、至少2个充电桩71、7n、电网负荷调度器6，其中电流互感器2串接在三相母线中，电压互感器3并联在三相母线和中线之间，还包括电动汽车有序充电协调器5，所述电动汽车有序充电协调器5包含一个主机51，主机51分别和电流互感器2、电压互感器3连接，并通过网关81、8n和充电桩71、7n通讯，主机51和电网负荷调度器6通过通讯口通讯。
参照图1，电动汽车有序充电协调器5的主机51通过电流互感器2和电压互感器3采集配电变压器1负荷数据；通过无线网络将指令发送给网关81、8n，并从网关81、8n采集充电相关数据；网关81、8n为单片机控制电路板，安装在充电桩71、7n内部，内嵌无线网卡和CAN通信模块，分别与主机51和充电桩71、7n进行双向数据传输。其中，主机51初始化数据包括：
1.主机51的通信参数：本地主机IP地址，电网调度主机IP地址及端口；
2.电压电流采集设置：电压及电流转换倍率。
3.配变参数：额定容量，允许容量。
主机51的输入数据包括：
1.配变数据：低压侧(380V)的三相电压、电流的基波幅值及相位；
2.接入的充电桩数据：额定功率、功率可调范围、当前功率及状态(无效、正常并空闲、正充电、已故障等)；
3.电网调度下发的分时电价数据：起始时段及价格；
4.电动汽车电池组数据：预计充电电能。
5.电动汽车用户输入的数据：充电开始时间及车辆取用时间。输出数据包括：
1.充电桩启动、停止、功率调整指令及充电引导信号；
2.配变三相负荷数据，包括电压、电流、有功功率、无功功率；
3.充电负荷数据，包括有功功率、无功功率。
此外，安装有网关的充电桩初始化参数包括：
1.通信参数：本地网关的IP地址，配变所安装的控制器主机IP地址，充电桩的CAN地址。
2.安装相别：指明是ABC三相的哪一相。
电动汽车有序充电协调器5主机51通过采集到的三相电压、三相电流计算出当前各相有功功率，再用变压器额定每相功率减去当前功率，从而得到每相冗余有功功率，即为剩余供电能力。根据每相剩余供电能力可合理安排充电功率并有效引导电动汽车。
控制步骤如下：
1.主机根据采集到的电压电流得到冗余有功功率最大的相别，按固定间隔(如30秒)，给连接到该相别的所有充电桩发送充电引导指令，连续收到指令的充电机利用灯光显示优先充电信号，否则熄灭该灯光。
2.电动汽车用户要充电时，可以选择发出引导信号充电桩，以便发挥充电桩的最大充电功率。
3.电动汽车用户选择好充电桩并连接好充电插头后，通过充电桩设置充电启动时间及车辆取用时间。
4.主机根据当前每相冗余有功功率、充电桩功率及用户需求，通过算法求出充电计划，发送功率调节指令及充电桩启停指令，达到控制目标。
充电计划的求取遵循两个原则：一是不能超出配变供电能力，二是每个电动汽车用户应公平利用冗余有功功率。以某一相为例：
1.根据当前等待充电或正在充电的每辆电动汽车的待充电电能和时长，计算出每辆车的平均充电功率，即电能除以时长，设为Pi，i表示序号；
2.求出上一步得到的电动车辆平均充电功率在当前时刻的总和，与冗余有功功率比较，如已超过冗余有功功率，则下一步，否则跳到第4步；
3.求出最大的Pi，在充电桩可调充电功率范围内将其调低一级，如仍不满足冗余有功功率约束，继续第3步，否则跳到第5步；
4.根据分时电价的划分时段，如当前为电价谷段，求出最小的Pi，在充电桩可调充电功率范围内将其调高一级，查看是否满足冗余功率约束，满足则继续第4步，否则跳到第5步；
输出充电计划。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种针对配电变压器的电动汽车有序充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
电动汽车有序充电协调器主机通过采集到的三相电压、三相电流计算出当前各相有功功率；
再用变压器额定每相功率减去当前各相有功功率，从而得到每相冗余有功功率；
根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车；
所述根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车具体为：比较每相冗余有功功率，得到冗余有功功率最大的相别，给连接到该相别的所有充电桩发送充电引导指令。
2.根据权利要求1所述的针对配电变压器的电动汽车有序充电方法，其特征在于，所述充电引导指令为指示灯控制指令。
3.根据权利要求2所述的针对配电变压器的电动汽车有序充电方法，其特征在于，所述根据每相冗余有功功率合理安排充电功率并有效引导电动汽车具体为：主机根据当前每相冗余有功功率、充电桩功率及用户需求，通过算法求出充电计划。
4.根据权利要求3所述的针对配电变压器的电动汽车有序充电方法，其特征在于，所述充电计划为：根据每相功率限定发送功率调节指令，根据分段收费情况发出充电桩启停指令。
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