CN105610218B - 一种电动汽车智能充电的协调控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车智能充电的协调控制方法，解决了现有电动汽车智能充电管理未实现经济和合理化充电的技术问题，本发明的关键是：在保证安全的情况下最大化利用变压器冗余容量实现电动汽车的充电。本发明的基础可以是，将变压器的一路或多路输出单独连接充电桩，与充电桩外负荷分别进行负荷监测，更好的实现了在满足正常用电的情况下，利用变压器冗余容量对电动汽车进行智能化充电管理。在平衡变压器冗余容量以及电动汽车充电需求个数时，按照百分比确定每次可以投入充电桩的个数，并按照充电桩的优先等级投入充电，而不是将冗余容量一次性全部投入充电桩，降低了变压器负荷突然增大带来的负面影响。

Description

一种电动汽车智能充电的协调控制方法

技术领域

本发明涉及能源管理领域中电动汽车充电管理方法，特别是一种适用于超市、商场等公共场合的电动汽车智能充电的协调管理方法。

背景技术

环保与传统能源供应日趋紧张的背景下，新能源汽车产业链成为未来汽车工业的发展新趋势。新能源汽车与充电设施相辅相成，新能源汽车强劲发展的势头又提升了充电设施的需求，充电设施市场即将爆发，产业也将迎来投资高潮。根据对当前现状的要求，充电桩主要建设的位置主要为目的地，例如小区、商场、宾馆、企业的停车场。为这些场所提供电源的变压器容量一般按照用电峰值设计，并且含有一定的冗余量，电力上称为冗余容量。在实际运行中，极少达到设计值，而充电桩的使用必将增加这些变压器的负荷，如何实现在有变压器不增容的情况下电动汽车合理、经济、智能充电，是电动汽车充电服务行业即将面临的问题。

发明内容

本发明为解决现有电动汽车智能充电管理未实现经济和合理化充电的技术问题，设计了一种电动汽车智能充电的协调管理方法，本方法通过利用变压器现有冗余容量，实现了充电桩的智能化管理。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是：

一种电动汽车智能充电的协调控制方法，基于变压器监测装置和智能充电管理系统实现，变压器监测装置实时读取变压器的输出负荷并传送给智能充电管理系统，智能充电管理系统控制充电桩的通断，其特征在于，智能充电管理系统中设置功率计算模块、充电桩分配控制模块，并存储变压器总容量P、变压器冗余容量保护阈值P0、单个充电桩固有功率值P3，电动汽车智能充电的协调控制方法包括以下步骤：

A计算当前变压器可用冗余容量P1，若P1≥P3，则进行步骤B；若0＜P1＜P0，则进行步骤F，若P0≤P1＜P3，则重复步骤A；

B检测当前充电桩需求个数C1，若C1=0，则返回步骤A，若C1≥1，则进行步骤C；

C计算当前变压器可用冗余容量P1条件下允许投入的充电桩个数C2=P1/P3，若C2≥C1，进行步骤E，否则，进行步骤D；

D按照C2/C1的比例计算得出实际可投入充电桩的个数C3= （C2/C1）×C2=（P1/P3）²/ C1，若C3≥1，则进行步骤E，若C3＜1，则返回步骤A；

E按照优先等级的优先顺序，将优先级最高的C3个充电桩投入充电，并返回步骤A；

F按照优先等级的优先顺序，切断优先级最低的充电桩，并返回步骤A。

本发明的关键是：在保证安全的情况下最大化利用变压器冗余容量实现电动汽车的充电。本发明的基础可以是，将变压器的一路或多路输出单独连接充电桩，与充电桩外负荷分别进行负荷监测，更好的实现了在满足正常用电的情况下，利用变压器冗余容量对电动汽车进行智能化充电管理。在平衡变压器冗余容量以及电动汽车充电需求个数时，按照百分比确定每次可以投入充电桩的个数，并按照充电桩的优先等级投入充电，而不是将冗余容量一次性全部投入充电桩，降低了变压器负荷突然增大带来的负面影响。

本发明采用加权算法预测最近半小时变压器其他负荷，在保证安全的情况下最大化利用变压器冗余容量，实现电动汽车的充电。同时根据充电时长，智能排序电动汽车充电顺序，保证了每辆电动汽车的充电电量。在其他负荷突增的情况下采用快断慢合的方式，保证变压器的运行安全。

本发明的有益效果是：本方法解决了新增电动汽车充电桩后，增加变压器容量的问题，减少了基础设备投资费用，并合理的利用变压器冗余容量，有效的避免了变压器超负荷运行造成设备损坏的情况发生，有力的推动了电动汽车产业及充电服务行业的发展。

具体实施方式

一种电动汽车智能充电的协调控制方法，基于变压器监测装置和智能充电管理系统实现，变压器监测装置实时读取变压器的输出负荷并传送给智能充电管理系统，智能充电管理系统控制充电桩的通断，其特征在于，智能充电管理系统中设置功率计算模块、充电桩分配控制模块，并存储变压器总容量P、变压器冗余容量保护阈值P0、单个充电桩固有功率值P3，电动汽车智能充电的协调控制方法包括以下步骤：

A计算当前变压器可用冗余容量P1，若P1≥P3，则进行步骤B；若0＜P1＜P0，则进行步骤F，若P0≤P1＜P3，则重复步骤A；

B检测当前充电桩需求个数C1，若C1=0，则返回步骤A，若C1≥1，则进行步骤C；

C计算当前变压器可用冗余容量P1条件下允许投入的充电桩个数C2=P1/P3，若C2≥C1，进行步骤E，否则，进行步骤D；

D按照C2/C1的比例计算得出实际可投入充电桩的个数C3= （C2/C1）×C2=（P1/P3）²/ C1，若C3≥1，则进行步骤E，若C3＜1，则返回步骤A；

E按照优先等级的优先顺序，将优先级最高的C3个充电桩投入充电，并返回步骤A；

F按照优先等级的优先顺序，切断优先级最低的充电桩，并返回步骤A。

本发明中将变压器可剩余最小功率值作为变压器冗余容量保护阈值P0，小于该阈值P0，变压器切断相应负载进行自动断电保护，且P0＜P3。

所述步骤C和D中，C2的数值取P1/P3比值的整数。

步骤E和F中，充电桩通电或断电所依据的优先等级的计算方法是基于电动汽车充电时长监测装置实现的，并在智能充电管理系统中预先设定每个充电桩的优先级别并用加权系数X表示、设定充电桩固定充电时长为Y，在此基础上进行以下步骤：

E1计算当前电动汽车充电时长为Z；

E2根据每个充电桩的优先级X、充电桩固定充电时长为Y及当前电动汽车充电时长为Z，并借助配套公式计算当前充电桩充电切换优先值A，其中所述公式为：A=（Y-Z）×X；

E3按照每个充电桩优先值A的大小进行排序。

所述步骤E3中，按照每个充电桩优先值A的大小进行排序，正序为充电接入顺序，逆序为充电断开顺序。

所述步骤A中当前变压器可用冗余容量P1的计算方法是在实时监测充电桩外的负荷P4与充电桩的负荷P8基础上实现的，所述方法的步骤中包括：

A1实时读取并存储变压器输出的当前充电桩外的负荷P4，并计算变压器总容量P和当前充电桩外的负荷P4差值得出当前冗余差值P7=P-P4，同时根据充电桩外负荷的历史数据计算相应时段充电桩外的预测负荷P5，并计算变压器总容量P和充电桩外的预测负荷P5的差值得出预测冗余差值P6=P-P5后，进行步骤A2；

A2比较预测冗余差值P6和当前冗余差值P7，取两者中较小值计算当前变压器可用冗余容量P1=min（P7，P6）- P8。

所述步骤A1中充电桩外的预测负荷P5是智能充电管理系统调用近M天相应时间段内的充电桩外负荷的历史数据，并结合配套加权算法公式计算得出的结果，所述计算方法包括以下步骤：

A11将变压器总容量P划分为N个区段；

B11统计近M天相应时间段内历史数据落在各区段的功率数值及个数，定义各区段内功率数值出现的个数为、各区段内的功率值分别为，其中i=（1，N），；

C11按照公式1统计各区段内功率的平均值并存储，其中，公式1为：

；

D11按照公式2计算各区段的加权数并存储，其中，公式2为：

；

E11按照公式3计算各区段加权后数值并存储，其中，公式3为：；

F11将上述公式1~3代入公式4并按照公式4计算预测负荷P5并存储，其中公式4为：

本发明中增加变压器监测装置，实时读取并存储变压器输出的充电桩外的负荷。充电管理流程为：

1根据最近15天充电桩外的负荷情况，采用加权法预测最近半小时负荷；

2计算变压器限值和预测负荷的差值得出冗余差值1；

3计算变压器限值和当前负荷差值得出冗余差值2；

4比较冗余差值1和冗余差值2，较小值为冗余容量值；

5计算当前充电负荷是否达到冗余容量限值，按照投入顺序间隔5~15分钟将充电桩投入充电状态，优先考虑10分钟为间隔。

当充电桩外其他负荷突增时，监测当前总负荷是否高于变压器限值，按照切除顺序迅速切除充电桩。其中，计算当前电动汽车充电后的时长，按照优先等级及充电时长相结合的方法安排投入顺序和切除顺序。

本发明中在变压器超负荷时按照计算后的优先等级顺序依序进行断电，直至全部切完或低于限值。计算方法如下：

1）每个充电桩优先级别既加权系数X，充电桩安装在停车位上，X是在安装充电桩时设定的固定值，既按照车位设定加权系数。

2）设定停车场固定充电时长数值Y，Y为固定值，大于电动汽车充电总时长，在安装充电桩时设定，在本停车场内每个充电桩的Y值相同。

3）当前电动汽车充电时长为Z。

4）计算结果为A=（Y -Z）*X，A为当前充电桩充电切换优先值。

5）按照每个充电桩优先值A的大小进行排序，正序为充电接入顺序，逆序为充电断开顺序。

电动汽车插上充电枪后有一个信号，充电中电流可以检测，电池充满后断开电流有信号，同充电枪的信号不同。如电动汽车充满、或有新电动车加入后重新计算。

另外本方法采用快断慢合的方式，超限值时按照上述排序迅速断开，直至全部切完或低于限值，低于负荷时，每10分钟1个间隔，按照接入顺序和一定比例投入，防止因始终处于变压器饱和状态造成频繁切开、闭合造成对硬件的损害。按照采用阶段性投入，每次投入比例充电桩，直至临近限值。

实施例1

如当前冗余容量为100KW（P1），每个充电桩的最大功率为4KW（P3）,计算后可接入充电桩为25个（C2=P1/P3），实际当前需要充电的桩为30个（C1），按照C2/C1的比例计算得出实际可投入充电桩的个数C3= （C2/C1）×C2=（25/30）×25=20.8，取整数即20个充电桩（C3），并按照计算后的优先等级投入充电。

10分钟后重新计算当前变压器冗余容量，计算时需将这20个充电桩的实际功率为60KW（G）也计算在内，并仍按照上述方式计算充电桩的投入个数或断电顺序。假设，充电桩外负荷未改变，此时重新计算变压器当前冗余容量为P1=100-60=40KW，仍按照上述的计算方式计算此次可投入充电桩的个数，以此类推。

实施例2

按照变压器的容量，以10为间隔，进行等分，如变压器的容量为50，各区间分别为0-10，10-20，20-30，30-40，40-50。如在15天内的负荷如下：

日期	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
																负荷	37	44	34	22	33	23	26	28	33	8	34	22	23	39	16

在各区间出现的次数和平均数分别为：

负荷预测数值=∑加权后数值=29.23。

综上所述本发明的技术创新点：

A：实时读取并存储变压器充电桩外其他负荷情况，利用最近15天负荷情况，采用加权算法预测同一时间半小时负荷。

B：监测充电桩投入负荷是否超冗余负荷限值，按照排序投入充电桩。

C：监测变压器总负荷，超限值后按照排序切除充电桩。

D：计算电动汽车充电时长，按照车位优先级别及充电时长相结合计算充电桩投入顺序和切除顺序。

本发明的有益效果：采用了充电桩外其他负荷预测方法，有效利用了变压器的冗余负荷对电动汽车进行充电，减少了充电基础设施的投入，降低了投资成本。同时避免了变压器因增加充电负荷造成的超负荷现象的发生，保护了用电部门的用电设备资产。

Claims (6)

1.一种电动汽车智能充电的协调控制方法，基于变压器监测装置和智能充电管理系统实现，变压器监测装置实时读取变压器的输出负荷并传送给智能充电管理系统，智能充电管理系统控制充电桩的通断，其特征在于，智能充电管理系统中设置功率计算模块、充电桩分配控制模块，并存储变压器总容量P、变压器冗余容量保护阈值P0、单个充电桩固有功率值P3，电动汽车智能充电的协调控制方法包括以下步骤：

A计算当前变压器可用冗余容量P1，若P1≥P3，则进行步骤B；若0＜P1＜P0，则进行步骤F，若P0≤P1＜P3，则重复步骤A；

B检测当前充电桩需求个数C1，若C1=0，则返回步骤A，若C1≥1，则进行步骤C；

C计算当前变压器可用冗余容量P1条件下允许投入的充电桩个数C2=P1/P3，若C2≥C1，进行步骤E，否则，进行步骤D；

D按照C2/C1的比例计算得出实际可投入充电桩的个数C3= （C2/C1）×C2=（P1/P3）²/C1，若C3≥1，则进行步骤E，若C3＜1，则返回步骤A；

E按照优先等级的优先顺序，将优先级最高的C3个充电桩投入充电，并返回步骤A；

F按照优先等级的优先顺序，切断优先级最低的充电桩，并返回步骤A。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车智能充电的协调控制方法，其特征在于：所述步骤C和D中，C2的数值取P1/P3比值的整数。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车智能充电的协调控制方法，其特征在于：步骤E和F中，充电桩通电或断电所依据的优先等级的计算方法是基于电动汽车充电时长监测装置实现的，并在智能充电管理系统中预先设定每个充电桩的优先级别并用加权系数X表示、设定充电桩固定充电时长为Y，在此基础上进行以下步骤：

E1计算当前电动汽车充电时长为Z；

E2根据每个充电桩的优先级X、充电桩固定充电时长为Y及当前电动汽车充电时长为Z，并借助配套公式计算当前充电桩充电切换优先值A，其中所述公式为：A=（Y-Z）×X；

E3按照每个充电桩优先值A的大小进行排序。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车智能充电的协调控制方法，其特征在于：所述步骤E3中，按照每个充电桩优先值A的大小进行排序，正序为充电接入顺序，逆序为充电断开顺序。

5.根据权利要求1中所述的一种电动汽车智能充电的协调控制方法，其特征在于：所述步骤A中当前变压器可用冗余容量P1的计算方法是在实时监测充电桩外的负荷P4与充电桩的负荷P8基础上实现的，所述方法的步骤中包括：

A1实时读取并存储变压器输出的当前充电桩外的负荷P4，并计算变压器总容量P和当前充电桩外的负荷P4差值得出当前冗余差值P7=P-P4，同时根据充电桩外负荷的历史数据计算相应时段充电桩外的预测负荷P5，并计算变压器总容量P和充电桩外的预测负荷P5的差值得出预测冗余差值P6=P-P5后，进行步骤A2；

A2比较预测冗余差值P6和当前冗余差值P7，取两者中较小值计算当前变压器可用冗余容量P1=min（P7，P6）- P8。

6.根据权利要求5中所述的一种电动汽车智能充电的协调控制方法，其特征在于：所述步骤A1中充电桩外的预测负荷P5是智能充电管理系统调用近M天相应时间段内的充电桩外负荷的历史数据，并结合配套加权算法公式计算得出的结果，所述计算方法包括以下步骤：

A11将变压器总容量P划分为N个区段；

B11统计近M天相应时间段内历史数据落在各区段的功率数值及个数，定义各区段内功率数值出现的个数为、各区段内的功率值分别为，其中i=（1，N），；

C11按照公式1统计各区段内功率的平均值并存储，其中，公式1为：

；

D11按照公式2计算各区段的加权数并存储，其中，公式2为：

；

E11按照公式3计算各区段加权后数值并存储，其中，公式3为：；

F11将上述公式1~3代入公式4并按照公式4计算预测负荷P5并存储，其中公式4为：

。