CN107528313A - 一种充电站的功率监控方法、装置及系统 - Google Patents

一种充电站的功率监控方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种充电站的功率监控方法、装置及系统，该功率监控方法在每个监控周期进行以下步骤：获取当前监控周期的多个充电终端的当前充电总功率；获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率；判断所述当前充电总功率是否大于所述最大可用功率；若大于，则根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值；根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第一功率控制参数，并将所述第一功率控制参数发送至所述多个充电终端。实施本发明的技术方案，可在保证小区用户的正常用电或保证充电站不过载运行的前提下，实现充电站的功率利用最大化。

Description

一种充电站的功率监控方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种充电站的功率监控方法、装置及系统。
背景技术
近年来电动汽车行业发展迅猛，在公共交通领域得到了广泛的应用，随着技术和市场的逐步成熟，在物流、私家车领域也正在逐渐得到推广应用，普及程度越来越高。充电设施的多少是电动汽车能否广泛发展和推广的关键因素之一，目前，充电设施包括独立的充电站及设置在居民小区内的充电站。
对于独立的充电站，其接入专用的配电系统，在使用高峰期时，充电站的充电模块满载且投用量过多，使得充电功率不断升高，若大于配电系统的变压器额定功率值，变压器超负荷运行超过一定的时长，可能会导致变压器跳闸，减少其使用寿命，同时也带来各种安全隐患。
对于设置在居民小区内的充电站，其接入小区配电系统，受限于小区供电系统的容量，若充电站消耗的充电功率过高，可供小区居民使用的功率就会相应减少，从而使得小区居民的正常用电需求无法得到实时保证。
因此，有必要对充电站的充电功率进行智能监控，以保证充电的安全与高效。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述充电站的使用高峰期易导致变压器跳闸或无法满足居民的正常用电需求的缺陷，提供一种充电站的功率监控方法、装置及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种充电站的功率监控方法，用于对变压器低压侧的多个充电终端进行功率监控，在每个监控周期进行以下步骤：
获取当前监控周期的多个充电终端的当前充电总功率；
获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率；
判断所述当前充电总功率是否大于所述最大可用功率；
若大于，则根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值，其中，所述第一预设值小于低级别监控策略所对应的第二预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第一功率控制参数，并将所述第一功率控制参数发送至所述多个充电终端。
优选地，所述第一功率控制参数包括用于限制空闲的充电终端的充电功率的第一功率限制值，所述第一功率限制值为0。
优选地，若所述当前充电总功率不大于所述最大可用功率，则进行以下步骤：
根据所述最大可用功率及充电预留功率，计算预警功率；
判断所述当前充电总功率是否大于所述预警功率；
若大于，则根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第二功率控制参数，并将所述第二功率控制参数发送至所述多个充电终端。
优选地，所述第二功率控制参数包括用于限制空闲的充电终端的充电功率的第二功率限制值；而且，
通过将所述最大可用功率与所述当前充电总功率相减来计算所述第二功率限制值。
优选地，若所述当前充电总功率不大于所述预警功率，则进行以下步骤：
根据预设的低级别监控策略将监控周期设置为第二预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第三功率控制参数，并将所述第三功率控制参数发送至所述多个充电终端。
优选地，所述第一功率控制参数、第二功率控制参数和第三功率控制参数均包括用于调整正在充电的充电终端的充电功率的功率调整系数；而且，
通过对所述最大可用功率与所述当前充电总功率求比值来计算功率调整系数。
优选地，所述充电站为小区内的充电站，且获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率的步骤包括：
实时获取当前监控周期的小区居民的当前用电总功率；
根据所述当前用电总功率及用电预留功率，计算小区居民的当前安全用电功率；
根据变压器的额定功率、效率因数及所述当前安全用电功率，计算当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。
优选地，所述充电站为独立充电站，且获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率的步骤包括：
根据变压器的额定功率、效率因数，计算当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。
本发明还构造一种充电站的功率监控装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器用于存储存储程序指令，所述程序指令由所述处理器加载并执行实现以上方法的步骤。
本发明还构造一种充电站的功率监控系统，包括：
电能表，用于实时采集多个充电终端的充电总功率；
以上所述的功率监控装置，所述功率监控装置与所述电能表及多个充电终端通讯连接。
实施本发明的技术方案，通过实时对变压器低压侧的多个充电终端的充电总功率及最大可用功率进行监控，并根据两者的大小关系选择合适的监控策略，可在保证小区用户的正常用电或保证充电站不过载运行的前提下，实现充电站的功率利用最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明充电站的功率监控方法实施例一的流程图；
图2是设置在小区内的充电站的功率与时间的曲线图；
图3是设置在小区内的充电站的功率与时间的曲线图；
图4是独立的充电站的功率与时间的曲线图；
图5是本发明充电站的功率监控系统实施例一的逻辑结构图；
图6是本发明充电站的功率监控系统实施例二的逻辑结构图。
具体实施方式
图1是本发明充电站的功率监控方法实施例一的流程图，该实施例的功率监控方法用于对变压器低压侧的多个充电终端进行功率监控，且在每个监控周期进行以下步骤：
S101.获取当前监控周期的多个充电终端的当前充电总功率。
在该步骤中，可通过电能表来采集变压器低压侧下属的多个充电终端的充电总功率。
S102.获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。
S103.判断所述当前充电总功率是否大于所述最大可用功率，若是，则执行步骤S104；若否，则执行步骤S106。
S104.根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值，其中，所述第一预设值小于低级别监控策略所对应的第二预设值。
在该步骤中，第一预设值例如为5s，第二预设值例如为1分钟。
S105.根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第一功率控制参数，并将所述第一功率控制参数发送至所述多个充电终端。
在该步骤中，第一功率控制参数包括第一功率限制值和功率调整系数。其中，第一功率限制值用于限制空闲的充电终端的充电功率，且该第一功率限制值为0，即，空闲的充电终端在收到第一功率限制值时，即使在有充电需求时也不会输出充电功率。功率调整系数用于调整正在充电的充电终端的充电功率，而且，可通过对最大可用功率与当前充电总功率求比值来计算功率调整系数，在这种情况下，由于当前充电总功率大于最大可用功率，所以，此时所计算的功率调整系数小于1，当正在充电的充电终端接收到该功率调整系数时，将当前的实时功率调整为P*C，其中，P为当前的实时功率，C为功率调整系数。
S106.根据所述最大可用功率及充电预留功率，计算预警功率。
在该步骤中，关于充电预留功率，可将所检测的当前正在充电中的充电终端的最大功率设为充电预留功率，当然，也可根据大数据分析或依据经验来设置充电预留功率。另外，在计算预警功率时，可将步骤S102所获取的最大可用功率减去充电预留功率，所得的差值即为预警功率。
S107.判断所述当前充电总功率是否大于所述预警功率，若是，则执行步骤S108；若否，则执行步骤S110。
S108.根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值。
S109.根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第二功率控制参数，并将所述第二功率控制参数发送至所述多个充电终端。
在该步骤中，第二功率控制参数包括第二功率限制值和功率调整系数。其中，第二功率限制值用于限制空闲的充电终端的充电功率，而且，可通过将最大可用功率与当前充电总功率相减来计算第二限制功率。当空闲的充电终端接收到该第二功率限制值后，在有充电需求时，可控制其输出的充电功率不超过该第二功率限制值。功率调整系数用于调整正在充电的充电终端的充电功率，而且，可通过对最大可用功率与当前充电总功率求比值来计算功率调整系数，在这种情况下，由于当前充电总功率小于最大可用功率，所以，此时所计算的功率调整系数大于1。当正在充电的充电终端接收到该功率调整系数时，可将当前的实时功率调整为P*C，其中，P为当前的实时功率，C为功率调整系数。在此需说明的是，充电终端接收到功率调整系数后，应首先判断P*C是否大于充电车辆的需求功率，若是，则该功率调整系数无效，也就不进行功率调整。另外，还应考虑当前是否接收到其它(例如汽车BMS发出)的功率调整命令，若有，则使用最小者来对充电功率进行调控。
S110.根据预设的低级别监控策略将监控周期设置为第二预设值。
S111.根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第三功率控制参数，并将所述第三功率控制参数发送至所述多个充电终端。
在该步骤中，第三功率控制参数包括功率调整系数，该功率调整系数用于调整正在充电的充电终端的充电功率，而且，可通过对最大可用功率与当前充电总功率求比值来计算功率调整系数，在这种情况下，由于当前充电总功率小于最大可用功率，所以，此时所计算的功率调整系数大于1。当正在充电的充电终端接收到该功率调整系数时，可将当前的实时功率调整为P*C，其中，P为当前的实时功率，C为功率调整系数。在此需说明的是，充电终端接收到功率调整系数后，应首先判断调整后的充电功率P*C是否大于充电车辆的需求功率，若是，则该功率调整系数无效。另外，还应考虑当前是否接收到其它(例如汽车BMS发出)的功率调整命令，若有，则使用最小者来对充电功率进行调控。
在本发明的一个实施例中，结合图2和图3，充电站为建立在小区内的充电站，且接入小区配电系统，小区配电系统的最大额定功率为P0，小区变压器的效率因数为C0。另外，可在充电站点设置第一电能表及在变压器低压侧设置第二电能表，第一电能表用于实时采集多个充电终端的充电总功率P2，第二电能表用于实时采集变压器低压侧的总功率P1，第一电能表和第二电能表通过串口服务器与功率监控装置通讯连接。
在该实施例中，步骤S102中获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率的步骤可具体包括：
S1021.实时获取当前监控周期的小区居民的当前用电总功率，具体地，小区居民的当前用电总功率P3＝P1-P2。
S1022.根据所述当前用电总功率及用电预留功率，计算小区居民的当前安全用电功率。在该步骤中，首先需说明的是，为了保证小区的紧急用电，需设置用电预留功率P4，P4初始值可人为设置，后续可采集小区用电历史曲线，统计每天各个时刻的用电波动情况，根据居民用电的尖峰平谷时段，确定不同的用电预留功率P4。然后，将当前用电总功率P3与用电预留功率相加，即可获得小区居民的当前安全用电功率P9，即，P9＝P3+P4。
S1023.根据变压器的额定功率、效率因数及所述当前安全用电功率，计算当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。具体地，最大可用功率为P5，且P5＝P0*C0-P9。
功率监控装置在获取到当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率P5及充电总功率P2后，可判断充电总功率P2是否大于最大可用功率P5，若大于，则采用高级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第一功率控制参数。若不大于，则检测当前正在充电中的设备的最大功率P7，并将其设为充电预留功率，然后计算当前预警功率P6，P6＝P5-P7，再进一步判断充电总功率P2是否大于预警功率P6，若大于，则采用高级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第二功率控制参数。若不大于，则采用低级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第三功率控制参数。
而且，第一功率控制参数包括第一功率限制值及功率调整系数，第二功率控制参数包括第二功率限制值及功率调整系数，第三功率控制参数包括功率调整系数，而且，第一功率限制值P81为0，第二功率限制值P82＝P5-P2。功率调整系数C1＝P5/P2。
在本发明的另一个实施例中，结合图4，充电站为独立充电站，且充电站包括有n个变压器(变电站)，且分别在每个变压器的低压侧配置一电能表，该些电能表分别通过串口服务器与功率监控装置通讯连接，电能表用于实时采集变压器低压侧的总功率，即采集该变压器下属的多个充电终端的充电总功率。另外，n个变压器的额定功率分别为P01、P02、…、P0n，n个变压器的效率因数分别为C01、C02、…、C0n，，n个变压器低压侧的多个充电终端的充电总功率分别为P11、P12、…、P1n。
下面以功率监控装置对第n个变压器的下属充电终端的功率控制为例进行说明：功率监控装置首先计算出该变压器下属的多个充电终端的最大可用功率P2n，P2n＝P0n*C0n，并可通过相应电能表实时采集第n个变压器下属的多个充电终端的充电总功率P1n。然后，判断当前充电总功率P1n是否大于最大可用功率P2n，若大于，则采用高级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第一功率控制参数。若不大于，则检测当前正在充电中的设备的最大功率P7n，并将其设为充电预留功率，然后计算当前预警功率P6n，P6n＝P2n-P7n，再进一步判断充电总功率P1n是否大于预警功率P6n，若大于，则采用高级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第二功率控制参数。若不大于，则采用低级别监控策略，同时，向多个充电终端发送第三功率控制参数。
而且，第一功率控制参数包括第一功率限制值及功率调整系数，第二功率控制参数包括第二功率限制值及功率调整系数，第三功率控制参数包括功率调整系数，而且，第一功率限制值P81为0，第二功率限制值P82＝P2n-P1n。功率调整系数C1＝P2n/P1n。
本发明还构造一种充电站的功率监控装置，包括处理器和存储器，该存储器用于存储存储程序指令，该程序指令由处理器加载并执行实现以上方法的步骤。
本发明还构造一种充电站的功率监控系统，该功率监控系统包括通讯连接的功率监控装置和第一电能表。
在充电站的功率监控系统的一个实施例中，充电站为小区内的充电站，且该功率监控系统还包括第二电能表，该第二电能表用于实时采集变压器低压侧的总功率。结合图5，在小区的配电系统中，变压器除了为变电站提供充电能量，还需为小区居民提供生活用电，第二电能表所采集的配电系统的总功率为P2，第一电能表所采集的充电站的充电总功率为P1，且第一电能表和第二电能表将所采集的功率信息通过串口服务器传送至功率监控装置U1，功率监控装置执行以上所述的功率监控方法的步骤，控制监控周期并输出功率控制参数。
下面以布局在某小区的充电站为例进行说明：
首先说明的是，该小区配电系统额定功率为800KW，小区变压器效率因数为0.96。该小区停车场布局4台充电终端，满载时充电功率可达240KW。小区变压器低压测配有电能表，且通过串口服务器接入功率监控装置。充电站配有电能表，可实时测量4台充电终端的充电总功率，且通过串口服务器接入功率监控装置。
若某天晚上8点，检测到小区居民用电的用电总功率为740KW，检测到充电站的充电总功率为200KW，而且，此时用电高峰期设置用电预留功率为40KW。根据以上的算法策略，可得出：
小区居民用电总功率为：740-200＝540KW，
小区居民的安全用电功率为：540+40＝580KW，
充电站的最大可用功率为：800*0.96-580＝188KW，
此时，可判断充电总功率(200KW)大于最大可用功率(188KW)，采用高级别监控策略，即，监控周期设置为第一预设值，例如为5秒，同时，下发功率调整系数为：188/200＝0.94，第一功率限制值为：0。
在充电站的功率监控系统的另一个实施例中，充电站为独立的充电站。结合图6，该充电站共设置三个变压器(变电站)，每个变压器的低压侧均设置一第一电能表，这三个第一电能表分别用于实时采集相应变压器的低压侧的多个充电终端的当前充电总功率。且这三个第一电能表将所采集的功率信息通过串口服务器传送至功率监控装置U1，功率监控装置执行以上所述的功率监控方法的步骤，控制监控周期并输出功率控制参数。
下面以某独立的电动汽车充电站为例进行说明：
首先说明的是，该充电站配有3个变压器，额定功率均为800KW，变压器的效率因数均为：0.97。三台变压器下，各下属16台充电终端，16台充电终端满载时功率可达1080KW。三台变压器低压侧均配有电能表，且通过串口服务器接入功率监控装置。
若某天凌晨2:00，检测到当前充电中的充电终端的最大充电功率为130KW，检测到1号变压器低压侧电能表功率(1号变压器下属的16个充电终端的当前充电总功率)为780KW；2号变压器低压侧电能表功率(2号变压器下属的16个充电终端的当前充电总功率)为720KW；3号变压器低压侧电能表功率(3号变压器下属的16个充电终端的当前充电总功率)为500KW。根据以上的算法策略，可得出：
1号变压器的最大可用功率为：800*0.97＝776KW，且此时判断1号变压器下属充电终端总充电功率(780KW)大于1号变压器的最大可用功率(776KW)，采用高级别监控策略，即，监控周期设置为第一预设值，同时，下发功率调整系数为：776/780＝0.99，第一功率限制值为：0。
2号变压器的最大可用功率为：800*0.97＝776KW，且2号变压器下属充电终端的预警功率为：776KW-130KW＝646KW，此时，判断2号变压器下属充电终端总充电功率(720KW)大于2号变压器的预警功率(646KW)，采用高级别监控策略，即，监控周期设置为第一预设值，同时，下发功率调整系数为：776/720＝1.2第一功率限制值为：776-720＝56KW。
3号变压器的最大可用功率为：800*0.97＝776KW，且3号变压器下属充电终端的预警功率为：776KW-130KW＝646KW，此时，判断3号变压器下属充电终端总充电功率(500KW)小于3号变压器的预警功率(646KW)，采用低级别监控策略，即，监控周期设置为第二预设值，同时，下发功率调整系数为：776/500＝1.55。
最后需说明的是，电能表的布局并不局限于上述实施例，在其它的实施例中，可在每个充电终端上设置电能表，以实时采集各个充电终端的充电功率Pn＝P0/(C1*C2)，其中，P0为充电有功功率，C1为充电模块功率系数，C2为变压器功率系数。然后，各个充电终端的实时视在功率求和，获得充电站总的视在功率P1。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种充电站的功率监控方法，用于对变压器低压侧的多个充电终端进行功率监控，其特征在于，在每个监控周期进行以下步骤：
获取当前监控周期的多个充电终端的当前充电总功率；
获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率；
判断所述当前充电总功率是否大于所述最大可用功率；
若大于，则根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值，其中，所述第一预设值小于低级别监控策略所对应的第二预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第一功率控制参数，并将所述第一功率控制参数发送至所述多个充电终端。
2.根据权利要求1所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，所述第一功率控制参数包括用于限制空闲的充电终端的充电功率的第一功率限制值，所述第一功率限制值为0。
3.根据权利要求1所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，若所述当前充电总功率不大于所述最大可用功率，则进行以下步骤：
根据所述最大可用功率及充电预留功率，计算预警功率；
判断所述当前充电总功率是否大于所述预警功率；
若大于，则根据预设的高级别监控策略将监控周期设置为第一预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第二功率控制参数，并将所述第二功率控制参数发送至所述多个充电终端。
4.根据权利要求3所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，所述第二功率控制参数包括用于限制空闲的充电终端的充电功率的第二功率限制值；而且，
通过将所述最大可用功率与所述当前充电总功率相减来计算所述第二功率限制值。
5.根据权利要求3所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，若所述当前充电总功率不大于所述预警功率，则进行以下步骤：
根据预设的低级别监控策略将监控周期设置为第二预设值；
根据所述当前充电总功率及所述最大可用功率计算第三功率控制参数，并将所述第三功率控制参数发送至所述多个充电终端。
6.根据权利要求5所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，所述第一功率控制参数、第二功率控制参数和第三功率控制参数均包括用于调整正在充电的充电终端的充电功率的功率调整系数；而且，
通过对所述最大可用功率与所述当前充电总功率求比值来计算功率调整系数。
7.根据权利要求1所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，所述充电站为小区内的充电站，且获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率的步骤包括：
实时获取当前监控周期的小区居民的当前用电总功率；
根据所述当前用电总功率及用电预留功率，计算小区居民的当前安全用电功率；
根据变压器的额定功率、效率因数及所述当前安全用电功率，计算当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。
8.根据权利要求1所述的充电站的功率监控方法，其特征在于，所述充电站为独立充电站，且获取当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率的步骤包括：
根据变压器的额定功率、效率因数，计算当前监控周期的多个充电终端的最大可用功率。
9.一种充电站的功率监控装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器用于存储存储程序指令，所述程序指令由所述处理器加载并执行实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
10.一种充电站的功率监控系统，其特征在于，包括：
电能表，用于实时采集多个充电终端的充电总功率；
权利要求9所述的功率监控装置，所述功率监控装置与所述电能表及多个充电终端通讯连接。
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