CN106253419A - 台区内充电桩的用电管理装置及管理方法 - Google Patents

台区内充电桩的用电管理装置及管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种台区内充电桩的用电管理装置，包括电源模块、控制模块、测量模块和通信模块；电源模块供电；测量模块测量数据并上传至控制模块；控制模块做出决策，通过通信模块发出控制信号。本发明还公开了所述台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，包括获取台区内电力系统参数，并事先存储台区内充电桩的控制流程；计算台区变压器和充电桩的工况参数；对充电桩进行用电管理。本发明通过测量充电桩的工作参数和电网的实时运行参数，然后测量的参数送入控制板进行比对，并最终通过本发明提供的用电管理方法进行决策和下发控制指令，因此本发明能够实现台区内充电桩的自动化有序管理，从而保证台区用电安全和科学。

Description

台区内充电桩的用电管理装置及管理方法
技术领域
本发明具体涉及一种台区内充电桩的用电管理装置及管理方法。
背景技术
随着国家大力发展电动汽车，充电桩作为电动汽车的基础建设，按照国家的规划至2020年建设成480万套充电桩，其中80%为私人自建桩，而台区内充电桩集群给电动汽车充会为台区内变压器负荷带来非常大的冲击，由于台区内变压器容量在台区建设之初就已经根据台区用电情况确认完毕，而目前的充电桩充电负荷对于台区来说是一个增量负荷，且负荷波动大，不稳定。单纯通过变压器扩容不能有效的解决这个问题，更何况无论从经济角度或者施工难度来说，大规模的变压器扩容行为显得有些不符实际。
目前实现方案中，传统电力配电自动化终端的功能仅包括模拟量采集，遥信量采集，保护出口，数据上传等，它的主要目的是实现保护出口，事件和数据上传，当台区内充电桩集群投入充电桩数量较多的时候，会造成台区瞬时负荷过大，当负荷超过电力配电自动化终端的设置值，电力配电自动化终端会保护跳闸，以此来保护变压器，此时台区大面积停电，会使正常用电用户受到停电影响，这种“一刀切”的管理方式比较粗狂，显然无法适应目前台区的用电负荷的变化。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够实现台区内充电桩的自动化有序管理，从而保证台区用电安全和科学的台区内充电桩的用电管理装置。
本发明的目的之二在于提供一种实施所述台区内充电桩的用电管理装置的台区内充电桩的用电管理方法。
本发明提供的这种台区内充电桩的用电管理装置，包括电源模块、控制模块、测量模块和通信模块；电源模块给所述其他模块供电；测量模块用于测量充电桩的用电信息数据和电网的实时运行数据，并上传至控制模块；控制模块用于根据测量模块上传的数据做出决策，并通过通信模块对充电桩发出控制信号，控制充电桩的通/断电状态和充电功率。
所述的通信模块包括宽带载波通信电路、GPRS通信电路、3G通信电路和4G通信电路和若干路串口通信电路。
所述的电源模块包括AC 380V/DC 24V转换电路、DC 24V/ DC 5V转换电路和超级电容充放电电路；所述超级电容充放电电路用于在外部380V电源未供电时，提供备用电源对所述用电管理装置供电。
所述的测量模块包括若干路电压互感器、若干路电流互感器、若干路遥信输入接口、信号处理电路、AD转换电路、控制器芯片和串口通信电路；电压互感器、电流互感器通过信号处理电路和AD转换电路与控制器芯片连接，用于将外部充电桩和电力系统的电压和电流参数进行采样、处理、AD转换并送入控制器；遥信输入接口直接连接控制器，用于将外部系统与所述测控模块的遥信信号输入控制器芯片；串口通信电路用于将所述计量模块的数据上传至控制模块。
所述的控制器芯片采用型号为TMS320C6747的控制器芯片。
所述的控制模块包括控制板、看门狗电路、外扩存储器和外扩接口；控制板通过通信总线与测量模块、通信模块连接；控制板用于根据上传的数据信号下发对台区内充电桩的控制指令；外扩存储器和外扩接口均与控制板连接；外扩存储器用于存储控制板的运行参数和数据；外扩接口用于提供控制板与外部设备之间通信的接口电路。
所述的控制板采用型号为Atmel 9260的控制板。
所述的外扩接口包括以太网光纤通信接口、遥信通信接口和RS485通信接口。
本发明还提供了一种所述台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，包括如下步骤：
S1. 获取台区内电力系统的极限工况参数，并事先存储台区内充电桩的限电流程、限电复归流程、停电流程和停电复归流程；
S2. 实时采集台区配电变低压侧用电负荷工况和台区内所有充电桩的运行状态和运行参数，计算台区变压器的工况参数和充电桩的工况参数；
S3. 根据步骤S1得到的台区内电力系统的极限工况参数和步骤S2得到的实时参数，采用如下规则对台区内的充电桩进行用电管理：
A. 当台区变压器的使用功率大于限电功率定值且达到限电延时值时，对充电桩发出限电命令；限电状态下当台区变压器的使用功率小于限电复归设定值时，对充电桩发送限电复归命令；
B. 当台区变压器的使用功率大于停电功率定值且达到停电延时值时，对充电桩发出停电命令；停电状态下当台区变压器的使用功率小于停电复归设定值时，对充电桩发送停电复归命令。
所述的台区内充电桩的用电管理方法还包括如下步骤：
S4. 当与任一台充电桩通讯失败时，上报该异常状态给主站，并停止对该充电桩的控制，直到恢复通讯。
步骤S1所述的台区内充电桩的限电流程包括按照充电电量执行限电、按照充电电流大小执行限电、按照充电桩编号执行限电或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行限电；所述的限电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行复归。
步骤S1所述的台区内充电桩的停电流程包括按照充电电量执行停电、按照充电电流大小执行停电、按照充电桩编号执行停电或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行停电；所述的停电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行复归。
步骤S2所述的台区配电变低压侧用电负荷工况，具体包括采集三相电压，三相电流，总有功功率和总功率因数。
步骤S2所述的充电桩的运行状态和运行参数，具体包括充电桩的充电状态及充电实时电参量信息。
步骤S3所述的限电复归设定值为限电功率定值的90%；步骤S3所述的停电复归设定值为停电功率定值的90%。
本发明提供的这种台区内充电桩的用电管理装置，通过测量充电桩的工作参数和电网的实时运行参数，然后测量的参数送入控制板进行比对，并最终通过本发明提供的用电管理方法进行决策和下发控制指令，因此本发明能够实现台区内充电桩的自动化有序管理，从而保证台区用电安全和科学。
附图说明
图1为本发明装置的功能模块图。
图2为本发明装置的电源模块的电路原理图。
图3为本发明装置的测量模块的信号处理电路的电路原理图。
图4为本发明装置的控制模块的看门狗电路的电路原理图。
图5为本发明装置的控制模块的外扩接口的以太网光纤通信电路原理图。
图6为本发明方法的方法流程图。
具体实施方式
本发明提供的这种台区内充电桩的用电管理装置，包括电源模块、控制模块、测量模块和通信模块；电源模块给所述其他模块供电；测量模块用于测量充电桩的用电信息数据和电网的实时运行数据，并上传至控制模块；控制模块用于根据测量模块上传的数据做出决策，并通过通信模块对充电桩发出控制信号，控制充电桩的通/断电状态和充电功率。
通信模块包括宽带载波通信电路、GPRS通信电路、3G通信电路和4G通信电路和若干路串口通信电路。电源模块包括AC 380V/DC 24V转换电路、DC 24V/ DC 5V转换电路和超级电容充放电电路；所述超级电容充放电电路用于在外部380V电源未供电时，提供备用电源对所述用电管理装置供电。测量模块包括若干路电压互感器、若干路电流互感器、若干路遥信输入接口、信号处理电路、AD转换电路、控制器芯片和串口通信电路；电压互感器、电流互感器通过信号处理电路和AD转换电路与控制器芯片连接，用于将外部充电桩和电力系统的电压和电流参数进行采样、处理、AD转换并送入控制器；遥信输入接口直接连接控制器，用于将外部系统与所述测控模块的遥信信号输入控制器芯片；串口通信电路用于将所述计量模块的数据上传至控制模块。控制模块包括控制板、看门狗电路、外扩存储器和外扩接口；控制板通过通信总线与测量模块、通信模块连接；控制板用于根据上传的数据信号下发对台区内充电桩的控制指令；外扩存储器和外扩接口均与控制板连接；外扩存储器用于存储控制板的运行参数和数据；外扩接口用于提供控制板与外部设备之间通信的接口电路。控制板采用型号为Atmel 9260的控制板。外扩接口包括以太网光纤通信接口、遥信通信接口和RS485通信接口。此外，测量模块还包括缓冲电路、光电隔离、输入保护等保护电路，用于保护测量模块的电路；测量模块的核心控制芯片TMS320C6747
如图2所示为本发明装置的电源模块的电路原理图：外部的380V交流电能输入电路后，通过型号为RAZQ1212V30的整流电源模块输出两路直流24V电能；其中一路24V电能通过型号为LM22676MR的电源芯片输出直流5V电源，另一路通过型号为SPX29302T5的电源芯片输出DC7.6V电能，再通过一路开关管电路连接超级电容（图中标示BT1和BT2），并为超级电容提供充电电路；此外，超级电容的输出端还通过另一路开关电路、另一路型号为SPX29302T5的电源芯片输出5V电源，作为备用的辅助供电电路。
如图3所示为本发明装置的测量模块的信号处理电路的电路原理图：测量模块的采样信号输入电路后，通过保护电路和滤波电路后，再通过由运放（图中标示MCP604T-I/SL）组成的电压跟随器，再通过信号积分电路（运放MCP604T-I/SL、电阻R35和电容C20）进行信号的积分运算，再次通过型号为HCNR200的电压隔离芯片后，再通过后续的信号调理电路，最终输出差分的AD转换信号。
如图4所示为本发明装置的控制模块的看门狗电路的电路原理图：控制芯片的喂狗信号（图中标示WATCH_DOG）连接到型号为74HC4060的计数器的置位引脚，将计数器不断置位；一旦控制芯片发生故障并停止喂狗（喂狗信号WATCH_DOG持续为高电平），则计数器自动计数，一旦达到设定值，计数器的3号引脚输出高电平，通过型号为TPS27081的开关芯片将控制器的电源断电；断电后，喂狗信号WATCH_DOG恢复低电平，此时控制器的电源复电，达到控制器重新启动的目的。
如图5所示为本发明装置的控制模块的外扩接口的以太网光纤通信电路原理图：所述的以太网光纤通信电路的核心芯片的型号为KSZ8893；芯片的52脚、53脚为接收端，通过型号为H1102的网络电压控制器连接以太网接口；同样的，芯片的55脚、56脚为发送端，同样通过型号为H1102的网络电压控制器连接以太网接口。
如图6所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种所述台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，包括如下步骤：
S1. 获取台区内电力系统的极限工况参数，并事先存储台区内充电桩的限电流程、限电复归流程、停电流程和停电复归流程；
所述的台区内充电桩的限电流程包括按照充电电量执行限电、按照充电电流大小执行限电、按照充电桩编号执行限电或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行限电；所述的限电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行复归；
按照充电电量执行停电、按照充电电流大小执行停电、按照充电桩编号执行停电或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行停电；所述的停电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行复归；
S2. 实时采集台区配电变低压侧用电负荷工况和台区内所有充电桩的运行状态和运行参数，计算台区变压器的工况参数和充电桩的工况参数；
所述的台区配电变低压侧用电负荷工况，具体包括采集三相电压，三相电流，总有功功率和总功率因数；所述的充电桩的运行状态和运行参数，具体包括充电桩的充电状态及充电实时电参量信息；
S3. 根据步骤S1得到的台区内电力系统的极限工况参数和步骤S2得到的实时参数，采用如下规则对台区内的充电桩进行用电管理：
A. 当台区变压器的使用功率大于限电功率定值且达到限电延时值时，对充电桩发出限电命令；限电状态下当台区变压器的使用功率小于限电复归设定值（比如90%）时，对充电桩发送限电复归命令；
B. 当台区变压器的使用功率大于停电功率定值且达到停电延时值时，对充电桩发出停电命令；停电状态下当台区变压器的使用功率小于停电复归设定值（比如90%）时，对充电桩发送停电复归命令；
S4. 当与任一台充电桩通讯失败时，上报该异常状态给主站，并停止对该充电桩的控制，直到恢复通讯。

Claims (15)

1.一种台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于包括电源模块、控制模块、测量模块和通信模块；电源模块给所述其他模块供电；测量模块用于测量充电桩的用电信息数据和电网的实时运行数据，并上传至控制模块；控制模块用于根据测量模块上传的数据做出决策，并通过通信模块对充电桩发出控制信号，控制充电桩的通/断电状态和充电功率。
2.根据权利要求1所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的通信模块包括宽带载波通信电路、GPRS通信电路、3G通信电路和4G通信电路和若干路串口通信电路。
3. 根据权利要求1所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的电源模块包括AC 380V/DC 24V转换电路、DC 24V/ DC 5V转换电路和超级电容充放电电路；所述超级电容充放电电路用于在外部380V电源未供电时，提供备用电源对所述用电管理装置供电。
4.根据权利要求1所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的测量模块包括若干路电压互感器、若干路电流互感器、若干路遥信输入接口、信号处理电路、AD转换电路、控制器芯片和串口通信电路；电压互感器、电流互感器通过信号处理电路和AD转换电路与控制器芯片连接，用于将外部充电桩和电力系统的电压和电流参数进行采样、处理、AD转换并送入控制器；遥信输入接口直接连接控制器，用于将外部系统与所述测控模块的遥信信号输入控制器芯片；串口通信电路用于将所述计量模块的数据上传至控制模块。
5.根据权利要求4所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的控制器芯片采用型号为TMS320C6747的控制器芯片。
6.根据权利要求1~5之一所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的控制模块包括控制板、看门狗电路、外扩存储器和外扩接口；控制板通过通信总线与测量模块、通信模块连接；控制板用于根据上传的数据信号下发对台区内充电桩的控制指令；外扩存储器和外扩接口均与控制板连接；外扩存储器用于存储控制板的运行参数和数据；外扩接口用于提供控制板与外部设备之间通信的接口电路。
7. 根据权利要求6所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的控制板采用型号为Atmel 9260的控制板。
8.根据权利要求6之一所述的台区内充电桩的用电管理装置，其特征在于所述的外扩接口包括以太网光纤通信接口、遥信通信接口和RS485通信接口。
9.一种权利要求1~8所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，包括如下步骤：
S1. 获取台区内电力系统的极限工况参数，并事先存储台区内充电桩的限电流程、限电复归流程、停电流程和停电复归流程；
S2. 实时采集台区配电变低压侧用电负荷工况和台区内所有充电桩的运行状态和运行参数，计算台区变压器的工况参数和充电桩的工况参数；
S3. 根据步骤S1得到的台区内电力系统的极限工况参数和步骤S2得到的实时参数，采用如下规则对台区内的充电桩进行用电管理：
A. 当台区变压器的使用功率大于限电功率定值且达到限电延时值时，对充电桩发出限电命令；限电状态下当台区变压器的使用功率小于限电复归设定值时，对充电桩发送限电复归命令；
B. 当台区变压器的使用功率大于停电功率定值且达到停电延时值时，对充电桩发出停电命令；停电状态下当台区变压器的使用功率小于停电复归设定值时，对充电桩发送停电复归命令。
10.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于所述的台区内充电桩的用电管理方法还包括如下步骤：
S4. 当与任一台充电桩通讯失败时，上报该异常状态给主站，并停止对该充电桩的控制，直到恢复通讯。
11.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于步骤S1所述的台区内充电桩的限电流程包括按照充电电量执行限电、按照充电电流大小执行限电、按照充电桩编号执行限电或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行限电；所述的限电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电投入充电的先后时间执行复归。
12.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于步骤S1所述的台区内充电桩的停电流程包括按照充电电量执行停电、按照充电电流大小执行停电、按照充电桩编号执行停电或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行停电；所述的停电复归流程包括按照充电电量执行复归、按照充电电流大小执行复归、按照充电桩编号执行复归或按照充电桩充电停止充电的先后时间执行复归。
13.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于步骤S2所述的台区配电变低压侧用电负荷工况，具体包括采集三相电压，三相电流，总有功功率和总功率因数。
14.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于步骤S2所述的充电桩的运行状态和运行参数，具体包括充电桩的充电状态及充电实时电参量信息。
15.根据权利要求9所述的台区内充电桩的用电管理装置的用电管理方法，其特征在于步骤S3所述的限电复归设定值为限电功率定值的90%；步骤S3所述的停电复归设定值为停电功率定值的90%。
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