CN106945555B - 基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法 - Google Patents

基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法，充电装置包括：预约管理单元，设置于充电桩上，用于设定充电的起止时间，根据电动汽车电池特性确定充电功率序列；功率测量终端，用于测量充电桩的充电功率并上传到充电站控制系统；充电站控制系统，用于协调多个充电桩的充电功率，更新充电功率序列并将新的充电桩控制信号下发给充电桩功率开关控制器。在不改动原有充电站布局的情况下，通过协调分配各充电桩工作状态，达到短时功率协调的目的，能有效避免大规模电动汽车同时接入充电站所导致的功率超额现象，保证系统安全可靠运行。

Description

基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法
技术领域
本发明涉及电力调度领域，尤其涉及基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法。
背景技术
随着电池技术的不断发展，因为具有能量比大、重量轻、温度特性好、使用寿命长等特点，采用锂电池供电的电动汽车越来越多，同时为了缩短用户等待时间，快充技术被广泛采用。而采用快充技术时，充电功率往往很大，在大规模电动汽车接入充电站时，对电网功率波动影响很大，甚至会造成配电变压器功率缺额的情况。而且现阶段充电站内各充电桩之间相互独立，没有实现根据功率需求和功率限额动态响应。因此，需要设计一种根据用户需求自动协调充电功率的充电站功率控制方法，增加充电站用户接纳率，避免功率超额现象发生。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法，在不改动原有充电站布局的情况下，通过协调分配各充电桩工作状态，达到短时功率协调的目的，能有效避免大规模电动汽车同时接入充电站所导致的功率超额现象，保证系统安全可靠运行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于预约方式的电动汽车充电装置，包括：
预约管理单元，设置于充电桩上，用于设定充电的起止时间，根据电动汽车电池特性确定充电功率序列；
功率测量终端，用于测量充电桩的充电功率并上传到充电站控制系统；
充电站控制系统，用于协调多个充电桩的充电功率，更新充电功率序列并将新的充电桩控制信号下发给充电桩功率开关控制器。
所述功率测量终端将测得的功率上传至功率传输总线，由功率传输总线上传至充电站控制系统。
所述充电站控制系统通过充电桩控制信号传输总线下发到各个充电桩开关控制器，实现充电站内充电桩的功率协调控制。
所述功率测量终端与充电站控制系统之间及充电站控制系统与功率开关控制器之间采用无线通信。
一种充电站功率协调方法，包括：
步骤一，设定充电的起止时间，将充电时间和离散化得到的充电功率序列上传到充电站控制系统；
步骤二，依次判断充电功率序列是否满足功率限额条件，若都满足则设定充电时间内能完成充电任务，按照该充电功率序列进行充电，若充电功率序列中有不满足功率限额条件的则进入步骤三；
步骤三，使用整数规划模型重新计算设定起始时间之后各时段各充电桩的充电控制序列。
所述步骤一中，充电功率序列得到的方法为，根据电池信息匹配快充充电功率，对充电功率曲线取设定时间间隔进行离散化。
所述步骤二中，判断充电功率序列是否满足功率限额条件的方法为，依次判断每个时间段的充电功率是否满足功率限额条件，具体每个充电功率的判断方法为，调整当前充电桩的充电功率时间序列并与剩余充电桩的充电功率序列按对应时刻相加，判断充电站总功率是否小于等于配电变压器剩余容量，如果小于等于配电变压器剩余容量，那么当前充电桩的充电功率序列就满足功率限额条件。
所述步骤二中，若充电功率序列都满足功率限额条件时，充电站控制系统将充电功率序列下发到相应充电桩功率开关控制器。
所述步骤三的具体方法为，
S31，设用户预约开始时段为第k时段，将所有预约时段包含第k时段的充电桩设为集合U，若集合U为空集，跳转到步骤S33，否则，对U中每个元素分别判断剩余预约时间单元数是否大于充电功率序列剩余数，若剩余预约时间单元数小于等于充电功率序列剩余数，将满足此条件的元素设为集合V，并判断集合V内元素是否满足功率限额条件，若满足，则保持集合V中充电桩充电控制序列不变，并将这些元素移出集合U，对剩余元素，跳转到步骤S32，否则，通过协调控制也不能满足用户充电需求，结束；
S32，使用整数规划模型解得j个充电桩当前时段充电控制变量xj，其中Pres(tk)为充电站功率上限，Pu(j)为第j个充电桩当前时段的充电功率，令k＝k+1，跳转到步骤S31；
S33，由充电站控制系统将新计算得到的充电功率控制序列分别发送到对应的充电桩功率开关控制器，并提示用户预约成功。
所述步骤三中，若经过重新规划充电序列后仍不能满足功率限额条件时，给出用户取车时已完成的充电量，并询问是否预约还是重新选择预约时间；已完成的充电量的计算方法为，充电功率序列满足功率限额条件的功率之和乘以设定时间间隔。
本发明的有益效果：
本发明提供的基于预约方式的电动汽车充电装置及充电站功率协调方法在不改动原有充电站布局的情况下，通过协调分配各充电桩工作状态，达到短时功率协调的目的，能有效避免大规模电动汽车同时接入充电站所导致的功率超额现象，保证系统安全可靠运行。同时，通过合理调配各充电桩工作时段，可以增加充电站电动汽车接纳数量。
此外，还可以通过设置充电站功率上限Pres(t)配合电网实现电力系统调峰，电能调度功能。
附图说明
图1为电动汽车充电装置系统图；
其中，1-预约管理单元，2-功率测量终端，3-功率开关控制器，4-充电桩其他装置，5-功率测量传输总线，6-控制信号传输总线，7-充电站控制系统，8-无线通信模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，基于预约方式的电动汽车充电装置，它包括充电桩内的预约管理单元1，功率测量终端2，充电桩功率开关控制器3，充电桩其他装置4以及充电桩外部的充电站控制系统7，充电桩与充电站之间通过功率传输总线5和控制信号传输总线6进行通信。
其中预约管理单元1集成在充电桩软件内部，用户使用时首先通过预约管理单元1输入充电起止时间，由电动汽车电池特性确定充电功率序列，电动汽车充电桩通过功率测量终端2将本机功率上传至功率传输总线5，由功率传输总线5上传至充电站控制系统7，当需要充电站内充电桩功率协调控制时，系统通过调用充电站功率协调方法，更新各充电桩控制序列，并通过充电桩控制信号传输总线6下发到各个充电桩开关控制器3，实现充电站内功率协调控制。
优选的实施例中，充电桩与充电站之间的信息传递还可以通过无线通信模块8进行，其技术方案可以采用现有无线通信技术。
一种基于所述的基于预约的电动汽车充电装置的充电站功率协调方法，控制步骤为：
第一步：用户存车充电时通过充电桩预约管理单元1输入预计充电起止时间，电动汽车充电装置根据电池信息匹配快充充电功率，并对充电功率曲线取Δt为15分钟间隔进行离散化，设离散化后的充电功率序列为P1P2...Pm，总共m个时间段；通过功率传输总线5上传用户充电起止时间信息(Tstart、Tend)及离散化后的充电功率序列到充电站控制系统7；
第二步：设充电站配电变压器剩余容量为Pres(t)(也可设置为常数)，检查用户设置的时间段内是否能够完成充满电量，设用户预约开始时段Tstart为第k时段，具体步骤如下：
S1：根据设定的配电变压器剩余容量以及当前站内n个充电桩输出功率总和，从时间Tstart开始，按以下步骤操作：
s11：以Δt为时间单位向后依次判断充电功率序列是否满足功率限额条件，若满足条件，即则允许此用户Tstart开始的第k时段充电，令充电控制序列uk＝1，否则禁止此用户Tstart开始的第k时段充电，令uk＝0；同时令i＝i+1，k＝k+1；若tk≤Tend，且i≤m，则跳到步骤s11；若i>m，且tk-1≤Tend，则跳到步骤s12；若tk>Tend，且i≤m，记录i值，并跳到步骤s13；
s12：预约时段内可以完成充电任务，由充电站控制系统7通过控制信号传输总线6将充电控制序列下发到充电桩功率开关控制器3；
s13：单个充电桩无法满足用户充电需求，需要通过充电站内充电桩功率协调控制方法判断能否完成用户充电需求；跳转至步骤S2；
S2：使用整数规划模型重新计算Tstart之后各时段各充电桩充电控制序列。
具体步骤如下：
s21：选择所有预约时段包含第k时段的充电桩设为集合U，若集合U为空集，跳转到步骤s23，否则，对U中每个元素分别判断剩余预约时间单元数是否大于充电功率序列剩余数，若剩余预约时间单元数小于等于充电功率序列剩余数，将满足此条件的元素设为集合V，并判断集合V内元素是否满足功率限额条件，若其中Pi代表当前充电桩充电序列的第i个功率，pj代表第k时段第j个充电桩充电功率，则保持集合V中充电桩充电控制序列不变，并将这些元素移出集合U，对剩余元素，跳转到步骤s22，否则跳转到步骤s24；
s22：使用整数规划模型(a)解得j个充电桩当前时段充电控制变量xj，令k＝k+1，跳转到步骤s21；
s23：通过充电站内功率协调控制，可以满足新加入用户的充电需求。更新各充电桩新计算得到的充电控制序列，由充电桩控制系统7通过控制信号传输总线6将新计算得到的充电控制序列分别发送到对应的充电桩功率开关控制器3，并提示新用户预约成功；
s24：通过充电站内功率协调控制也不能满足用户充电需求，根据s11中记录的i值，给出用户取车时已完成电量，计算公式为：并询问用户是确认预约，还是重新选择预约时间。
本发明所公开的技术方案同样适用于人口密集的生活区和商业区，在不增加这些区域的配电系统，不增减区域内充电桩的前提下，有效提高充电站用户接纳率，并保证本区域用电安全稳定运行。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种充电站功率协调方法，其特征是，包括：
步骤一，设定充电的起止时间，将充电时间和离散化得到的充电功率序列上传到充电站控制系统；
步骤二，依次判断充电功率序列是否满足功率限额条件，若都满足则设定充电时间内能完成充电任务，按照该充电功率序列进行充电，若充电功率序列中有不满足功率限额条件的则进入步骤三；
步骤三，使用整数规划模型重新计算设定起始时间之后各时段各充电桩的充电控制序列；
所述步骤一中，充电功率序列得到的方法为，根据电池信息匹配快充充电功率，对充电功率曲线取设定时间间隔进行离散化；
所述步骤三的具体方法为，
S31，设用户预约开始时段为第k时段，将所有预约时段包含第k时段的充电桩设为集合U，若集合U为空集，跳转到步骤S33，否则，对U中每个元素分别判断剩余预约时间单元数是否大于充电功率序列剩余数，若剩余预约时间单元数小于等于充电功率序列剩余数，将满足此条件的元素设为集合V，并判断集合V内元素是否满足功率限额条件，若满足，则保持集合V中充电桩充电控制序列不变，并将这些元素移出集合U，对剩余元素，跳转到步骤S32，否则，通过协调控制也不能满足用户充电需求，结束；
S32，使用整数规划模型解得j个充电桩当前时段充电控制变量xj，其中Pres(tk)为充电站功率上限，Pu(j)为第j个充电桩当前时段的充电功率，令k＝k+1，跳转到步骤S31；
S33，由充电站控制系统将新计算得到的充电功率控制序列分别发送到对应的充电桩功率开关控制器，并提示用户预约成功。
2.如权利要求1所述的功率协调方法，其特征是，所述步骤二中，判断充电功率序列是否满足功率限额条件的方法为，依次判断每个时间段的充电功率是否满足功率限额条件，具体每个充电功率的判断方法为，调整当前充电桩的充电功率时间序列并与剩余充电桩的充电功率序列按对应时刻相加，判断充电站总功率是否小于等于配电变压器剩余容量，如果小于等于配电变压器剩余容量，那么当前充电桩的充电功率序列就满足功率限额条件。
3.如权利要求1所述的功率协调方法，其特征是，所述步骤二中，若充电功率序列都满足功率限额条件时，充电站控制系统将充电功率序列下发到相应充电桩功率开关控制器。
4.如权利要求1所述的功率协调方法，其特征是，所述步骤三中，若经过重新规划充电序列后仍不能满足功率限额条件时，给出用户取车时已完成的充电量，并询问是否预约还是重新选择预约时间；已完成的充电量的计算方法为，充电功率序列满足功率限额条件的功率之和乘以设定时间间隔。
5.采用权利要求1所述的一种充电站功率协调方法的基于预约方式的电动汽车充电装置，其特征是，包括：
预约管理单元，设置于充电桩上，用于设定充电的起止时间，根据电动汽车电池特性确定充电功率序列；
功率测量终端，用于测量充电桩的充电功率并上传到充电站控制系统；
充电站控制系统，用于协调多个充电桩的充电功率，更新充电功率序列并将新的充电桩控制信号下发给充电桩功率开关控制器。
6.如权利要求5所述基于预约方式的电动汽车充电装置，其特征是，所述功率测量终端将测得的功率上传至功率传输总线，由功率传输总线上传至充电站控制系统。
7.如权利要求5所述基于预约方式的电动汽车充电装置，其特征是，所述充电站控制系统通过充电桩控制信号传输总线下发到各个充电桩开关控制器，实现充电站内充电桩的功率协调控制。
8.如权利要求5所述基于预约方式的电动汽车充电装置，其特征是，所述功率测量终端与充电站控制系统之间及充电站控制系统与功率开关控制器之间采用无线通信。
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