CN106945540A - 一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统及方法，该系统包含多个功率可调的充电桩，每个充电桩通过通信信道与控制器相连接。通过控制器读取公变小区电动汽车充电信息与当前小区负载，在不增加公变小区配电功率总量的情况下，利用随时间不断变化的可用充电功率，为小区内电动汽车群制定能够动态适应小区负载的充电功率分配方案，以满足电动汽车用户不同的充电需求。该方案能兼顾所有用户的利益，既体现公平又注重效率，同时保护了公变小区配电网与电动汽车电池系统，使它们的负荷始终维持在安全水平。本方法实施简单，无需增加设施，无需通过上级主站调度，经济高效，在电动汽车不断普及的时代背景下具有良好的应用价值。

Description

一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统及方法
技术领域
本发明属于电动汽车充电领域，涉及一种小区电动汽车充电系统控制方法。
背景技术
时至今日，电动汽车作为清洁新能源交通工具正受到人们越来越多的关注和响应。随着公变小区的电动汽车数量不断地增加，问题也随之而来，由于公变小区电力系统缺乏必要的控制手段，当用电高峰期到来，小区内众多电动汽车同时充电时，极易导致小区用电负荷超载，威胁小区用电安全与稳定。若为应付用电高峰专门增加小区电力设备容量，又会抬高用电成本，降低电力资源利用率。如何充分利用现有电力资源满足电动汽车充电需求，又保证公变小区用电安全，是家用电动汽车普及之前必须解决的问题。
目前，国内的公变小区电动汽车充电系统都是无序运作的：电动汽车接入充电桩即开始充电，充电功率为充电桩所能提供的最大值。在小区内电动汽车规模尚小的时候，这种无序充电方式对小区配电网造成的压力小到可以忽略。但随着电动汽车规模不断加大，小区配电网可用功率总量势必会供不应求，若还采取无序充电方式而不加调控，必然会导致用户等待时间过长、用电高峰期小区配电网超负荷等问题出现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功率分配系统及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统，包含控制器与多个充电桩，每个充电桩通过通信信道与控制器相连接；
所述控制器具有数据接收、决策制定、指令发送三大模块。其中数据接收模块负责接收制定分配策略所需信息，决策制定模块进行数据处理并完成功率分配方案，指令发送模块通过通信信道向各充电桩发送功率调节指令；
所述每个充电桩搭载处理模块，用于完成与控制器之间的信息收发，并根据指令调节该充电桩的充电功率；
所述控制器决策制定模块每隔一定时间制定一次分配方案，此时间间隔可根据电动汽车流量调整。每次制定方案时需从数据额接收模块获取以下信息：当前小区可用充电功率P(t)、当前小区在充电电动汽车数量N、各电动汽车的已充电时长t0和用户自订充电时长tp、各电动汽车电池的额定充电功率Pr和当前剩余电量SOC。
一种公变小区电动汽车两阶段功率分配方法，该方法将当前小区可用充电功率P(t)分两阶段下发给当前待充电电动汽车。
所属方法包括计算最大需求功率：根据电动汽车电池充电特性，计算t时刻第i辆电动汽车的最大需求功率Pe(i,t)；
所属方法包括检测供求关系：令Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和，比较Psum(t)与当前小区可用充电功率P(t)，当Psum(t)≤P(t)，说明当前时隙供大于求，则直接为每一辆在充电汽车分配最大需求功率Pe(i,t)，并结束本时隙功率分配。当Psum(t)＞P(t)，则开始确定优先权。
所述第一阶段的分配包括确定优先权：将各在充电用户的已充电时长t0按从长到短的顺序排名，用户自订充电时长tp按从短到长的顺序排名，当前剩余电量SOC按从低到高的顺序排名，根据排名结果，计算各在充电用户的优先权得分。其中，其中N为车辆总数，n为第i辆车在本指标中的排名，Xi为第i辆车在本指标中的得分。设t0和tp两项指标权重都为1，根据优先权得分从高到低排列各在充电用户优先权。若两项指标加权总分相同，则比较SOC的排名，排名高的优先权在前。
所述第一阶段功率分配公式为：其中Pg(i,t)为t时刻第i辆车分得的功率，P(t)为t时刻可用充电功率，Pe(i,t)为t时刻第i辆车最大需求功率，Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和。i的顺序为所述优先权从高到低排列；
所述第一阶段分配公式每执行一次，可用功率都更新为P(t)＝P(t)-Pg(i,t),直到所有在充电汽车都完成分配。
所述第一次分配完成后，小区配电网所剩余的可用功率将全部投入第二次分配。所述第二次功率分配基于按需分配，其分配公式为其中Pg2(i,t)为第i辆电动汽车在第二次分配中所得充电功率；SOCmax为电动汽车电池最大电量，理论值为1，但会根据电池使用情况与种类而略有不同；SOCi为第i辆车的剩余电量；N为当前时刻在充电汽车总数；P2(t)为第一次分配结束后小区配电网剩余可用充电功率；
所述Pg2(i,t)与Pg(i,t)之和不能大于对应的Pe(i,t)。若Pg2(i,t)+Pg(i,t)＞Pe(i,t)，将限制Pg2(i,t)为Pg2(i,t)＝Pe(i,t)-Pg(i,t)。
第二次分配结束后本时隙功率分配结束。在此后接入充电的电动汽车用户需等待下一时隙分配开始方可得到充电功率。
本发明的有益效果在于：由以上方案可知，本发明所提分配方法能充分利用小区配电网可用充电功率为电动汽车充电，即能降低高峰期电力资源因过度分配而带来用电风险的可能性，又能提高小区电力资源的使用效率。
随着电动汽车不断普及，大量的电动汽车涌入普通居民小区，目前的无序充电方式势必会导致部分电动汽车充电电流过大而损伤电池寿命、高峰期部分用户充电时间过长，严重情况还会导致配电网负荷超载，造成用电危险。使用本发明提供的方法替代无序充电方式，能够避免这些问题的出现。
本发明以优先权为算法基础，优先权决定了分配结果满足用户需求的程度。优先权的制定综合考虑了已充电时间和用户自订充电截止时间，前者反映先来后到的关系，后者体现用户充电需求的迫切性。第二次分配是以各电动汽车剩余电量决定的按需均分，故本方法的分配结果能最大限度照顾所有用户的需求，既体现公平又注重效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明提供功率分配方法的实施流程图；
图2为电动汽车二阶段充电法(恒流-恒压)曲线图；
图3为本发明中最大充电功率与电动汽车电池剩余电量(SOC)关系图；
图4为本发明中两次功率分配过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明实例提供一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统，该系统包含控制器与多个充电桩，每个充电桩通过通信信道与控制器相连接；控制器具有数据接收、决策制定、指令发送三大模块。其中数据接收模块负责接收信息，决策制定模块进行数据处理并完成功率分配方案，指令发送模块通过通信信道向各充电桩发送功率调节指令；系统内每个充电桩搭载处理模块，用于完成与控制器之间的信息收发，并根据指令调节该充电桩的充电功率；
本发明实例还提供一种公变小区电动汽车两阶段功率分配方法，该方法的流程如图1所示。该方法在居民小区用电高峰期8:00—21:00每间隔5分钟更新一次分配方案，其余时段每间隔20分钟更新一次分配方案。每个新时隙到来时，本方法需要从小区配电网集中器中调取以下信息：当前小区可用充电功率P(t)、当前小区在充电电动汽车数量N、各电动汽车的已充电时长t0和用户自订充电时长tp、各电动汽车电池的额定充电功率Pr的当前剩余电量SOC。
如图2及图3所示，本方法根据车辆电池剩余电量信息计算最大需求功率。由目前被普遍使用的电动汽车二阶段充电法(恒流-恒压)曲线图可确定最大需求功率与电池剩余电量的函数关系如下：
当SOC≤80％时，Pe(i,t)＝Pr(i)；
当SOC＞80％时，Pe(i,t)＝Pr(i)*(1-25*(soc(i,t)-0.8)2)
其中Pr(i)为第i辆车电池的额定充电功率。
本方法在执行分配算法前先检测供求关系：令Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和，比较Psum(t)与当前小区可用充电功率P(t)，当Psum(t)≤P(t)，说明当前时隙供大于求，则直接为每一辆在充电汽车分配最大需求功率Pe(i,t)，并结束本时隙功率分配，跳过算法流程，节省了运算量。当Psum(t)＞P(t)，则进行优先权制定流程。
表1某时隙小区电动汽车用户信息
已充电时长t0/min 用户自订充电时长tp/min SOC％
EV1 0 不限 21
EV2 90 不限 42
EV3 0 60 13
EV4 0 240 25
EV5 180 300 58
EV6 120 不限 47
EV7 75 120 39
EV8 0 180 10
EV9 60 不限 30
如表1中实例，将各在充电用户的已充电时长t0按从长到短的顺序排名，用户自订充电时长tp按从短到长的顺序排名，当前剩余电量SOC按从低到高的顺序排名，根据排名结果，按照公式计算各在充电用户的优先权得分。其中，其中N为车辆总数，n为第i辆车在本指标中的排名，Xi为第i辆车在本指标中的得分。设t0和tp两项指标权重都为1，根据优先权得分从高到低排列各在充电用户优先权。若两项指标加权总分相同，则比较SOC的排名，排名高的优先权在前。排名及优先权计算结果如表2.
表2优先权计算结果
t0得分 tp得分 总分 排名 SOC％ 优先权
EV1 0.375 0.375 0.75 9 21 9
EV2 0.75 0.375 1.125 5 62 6
EV3 0.375 1 1.375 3 13 3
EV4 0.375 0.625 1 7 25 7
EV5 1 0.5 1.5 1 58 2
EV6 0.875 0.375 1.25 4 57 4
EV7 0.625 0.875 1.5 1 39 1
EV8 0.375 0.75 1.125 5 10 5
EV9 0.5 0.375 0.875 8 30 8
优先权确定后将进行第一次功率分配流程，按照公式进行第一次功率分配。其中Pg(i,t)为t时刻第i辆车分得的功率，P(t)为t时刻可用充电功率，Pe(i,t)为t时刻第i辆车最大需求功率，Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和。i的顺序按照优先权从高到低排列，每次分配完一辆车，可用功率都更新为P(t)＝P(t)-Pg(i,t),直到所有在充电汽车都完成分配。
第一次分配完成后，小区配电网所剩余的可用功率将全部投入第二次分配。第二次功率分配采用按需分配的方式，对第i辆电动汽车，所得功率为其中SOCmax为电动汽车电池最大电量，理论值为1，但会根据电池使用情况与种类而略有不同；SOCi为第i辆车的剩余电量；N为当前时刻在充电汽车总数；P2(t)为第一次分配结束后小区配电网剩余可用充电功率。Pg2(i,t)与Pg(i,t)之和不能大于对应的Pe(i,t)。若Pg2(i,t)+Pg(i,t)＞Pe(i,t)，将限制Pg2(i,t)为Pg2(i,t)＝Pe(i,t)-Pg(i,t)。两次功率分配的关系如图4所示。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种公变小区电动汽车两阶段功率分配系统，其特征在于：包含控制器与多个充电桩，每个充电桩通过通信信道与控制器相连接；
所述控制器具有数据接收、决策制定、指令发送三大模块。其中数据接收模块负责接收制定分配策略所需信息，决策制定模块进行数据处理并完成功率分配方案，指令发送模块通过通信信道向各充电桩发送功率调节指令；
所述每个充电桩搭载处理模块，用于完成与控制器之间的信息收发，并根据指令调节该充电桩的充电功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器决策制定模块每隔一定时间制定一次分配方案，此时间间隔可根据电动汽车流量调整。每次制定方案时需从数据接收模块获取以下信息：当前小区可用充电功率P(t)、当前小区在充电电动汽车数量N、各电动汽车的已充电时长t0和用户自订充电时长tp、各电动汽车电池的额定充电功率Pr和当前剩余电量SOC。
3.一种公变小区电动汽车两阶段功率分配方法，其特征在于，该方法将当前小区可用充电功率P(t)分两阶段下发给当前待充电电动汽车，该方法包括：
所述方法包括计算最大需求功率：根据电动汽车电池充电特性，计算t时刻第i辆电动汽车的最大需求功率Pe(i,t)；
所属方法包括检测供求关系：令Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和，比较Psum(t)与当前小区可用充电功率P(t)，当Psum(t)≤P(t)，说明当前时隙供大于求，则直接为每一辆在充电汽车分配最大需求功率Pe(i,t)，并结束本时隙功率分配。当Psum(t)＞P(t)，则开始确定优先权。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一阶段的分配包括确定优先权：将各在充电用户的已充电时长t0按从长到短的顺序排名，用户自订充电时长tp按从短到长的顺序排名，当前剩余电量SOC按从低到高的顺序排名，根据排名结果，计算各在充电用户的优先权得分。其中，其中N为车辆总数，n为第i辆车在本指标中的排名，Xi为第i辆车在本指标中的得分。设t0和tp两项指标权重都为1，根据优先权得分从高到低排列各在充电用户优先权。若两项指标加权总分相同，则比较SOC的排名，排名高的优先权在前。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一阶段功率分配公式为：其中Pg(i,t)为t时刻第i辆车分得的功率，P(t)为t时刻可用充电功率，Pe(i,t)为t时刻第i辆车最大需求功率，Psum(t)为t时刻所有在充电汽车的最大需求功率总和。i的顺序为所述优先权从高到低排列；
所述第一阶段分配公式每执行一次，可用功率都更新为P(t)＝P(t)-Pg(i,t),直到所有在充电汽车都完成分配。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一次分配完成后，小区配电网所剩余的可用功率将全部投入第二次分配。所述第二次功率分配基于按需分配，其分配公式为其中Pg2(i,t)为第i辆电动汽车在第二次分配中所得充电功率；SOCmax为电动汽车电池最大电量，理论值为1，但会根据电池使用情况与种类而略有不同；SOCi为第i辆车的剩余电量；N为当前时刻在充电汽车总数；P2(t)为第一次分配结束后小区配电网剩余可用充电功率；
所述Pg2(i,t)与Pg(i,t)之和不能大于对应的Pe(i,t)。若Pg2(i,t)+Pg(i,t)＞Pe(i,t)，将限制Pg2(i,t)为Pg2(i,t)＝Pe(i,t)-Pg(i,t)。
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