CN108400605A - 一种具有智能监控功能的充电配电控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车充电控制技术领域,公开了一种具有智能监控功能的充电配电控制方法及系统。包括以下步骤,S1.判断充电单元为三相充电单元还是单相输出充电单元;S2.充电单元为单相输出充电单元时,判断各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号;检测充电单元输出电流过零点,在电流过零点处确定切换相的投入;对充电单元进行切换相号;S3.充电单元为三相输出充电单元时,通过采集电能信息对其进行通断处理。本发明能提供多个配电输出接口,实现总体功率分配,并能根据供电电网三相电流的大小,自动分配充电输出接口与某一相电网相连,达到能平衡供电电网三相负荷的目标。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车充电控制技术领域,尤其涉及一种具有智能监控功能的充电配电控制方法及系统。
背景技术
现代社会对节能减排的日益追求,使得电动车的使用越来越广泛,用于不同类型、不同功率电动车(包括助动车)的充电桩发展很快,其安装使用包括集中充电站、路边充电桩、小区充电桩等等不同场所。而随着充电设施的大规模建设和使用,在技术层面,大规模的充电设施的使用会产生较大的电力负荷波动,对电网的负荷调节带来不小的挑战;另外由于充电桩输出接口外接电动车的随意性和不同电动车充电量的不同,容易造成三相供电电网三相电流的不平衡度,进而影响三相电网供电电压的不对称,减少供电电网的使用容量,严重时还会造成区域供电变压器过载跳闸,影响供电安全。而通过实现电网调节功能解决以上问题也依赖于底层的运行数据采集及系统的调控功能实现,这对于运行数据通道及指令实施具有较高的要求,实现比较困难,成本高。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷,提供一种能平衡供电电网三相电流的具有智能监控功能的充电配电控制方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
提供一种具有监控功能的充电桩配电控制方法,充电系统包括至少两个充电单元,充电单元与三相四线制交流电网连接;所述充电单元为单相输出和/或三相输出充电单元,包括以下步骤,
S1.判断充电单元为单相输出充电单元还是三相输出充电单元;
S2.当前充电单元为单相输出充电单元时,
S21.判断各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号;
S22.检测充电单元输出电流过零点,在电流过零点处确定切换相的投入;
S23.对充电单元进行切换相号;
S3.当前充电单元为三相输出充电单元时,通过采集电能信息对其进行通断处理。
本方案中,通过判断充电单元为单相输出还是三相输出,进而根据判断结果对充电单元进行切换通断;通过判断单相输出充电单元所连接的相是否需要切换,并进一步判断需要切换到哪个相号,确定某个充电单元需要切换后,根据电流状况控制切换的最佳时刻,以实现供电电网三相电流的平衡。本方案能保证充电桩的各个充电单元与三相供电电网实现无间隙切换,并且在无间隙切换过程中,不会产生相间短路环流,保障配电系统的安全稳定运行;同时,通过采集的电能信息完成三相输出充电单元的通断。
所述步骤S21中,通过检测各充电单元的输出电流和各单元连接的供电电网相号,计算出供电电网三相电流的大小和各相电流的差值,确定各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号。
进一步地,所述步骤S21中,
当电流最小相与其他两相的差值均大于充电电流值,则该电流最小相为充电单元所需切换到的相号。
为了进一步地完善充电桩的保护功能,还包括以下步骤,
S4.充电完毕切除充电输出接口与供电电网的连接。
所述步骤S4中,当检测到充电单元充电电流等于零后,判断充电电流维持为零状态的时间是否超过预先设定的时间阈值;若超过则判断充电完毕。通过延时时间阈值,再判断充电电流是否仍维持为零状态,以判断是否充电完毕。
进一步地,每个单相输出充电单元内部有一个三相切换开关,连接在单相充电输出端口与交流电网的一相之间,通过控制三相切换开关实现相号的切换。所述步骤S4中,充电完毕后,通过撤销三相切换开关晶闸管的所有触发信号实现充电单元与供电电网连接的切除。
每个单相输出充电单元的输出端均安装三相切换开关,根据供电电网三相电流的平衡状态,自动控制三相切换开关无间隙的切换到合适的某一相。
本发明的另一目的在于提供一种应用了具有智能监控功能的充电配电控制系统,所述充电桩配电控制系统外接三相四线制交流电网,包括与交流电网连接的带控制执行机构的至少两个单相输出充电单元和/或三相输出充电单元,以及监控系统,所述监控系统包括采集充电单元电能信息的电能信息采集单元、智能监控单元及通讯单元,所述控制执行机构用于实现充电单元与交流电网的通断;所述电能信息采集单元将采集的电能信息信号通过通讯单元传送给智能监控单元,所述智能监控单元根据电能信息控制控制执行机构执行通断动作。
进一步地,所述控制执行机构为连接在单相充电输出端口与交流电网的一相之间的三相切换开关。当充电单元为单相输出充电单元时,通过三相切换开关实现切换相功能。
进一步地,所述通讯单元包括模拟信号转换接口、人机界面接口、三相切换开关的控制信号接口以及互联网通讯接口。
进一步地,所述电能采集单元包括分别测量充电单元电压、电流信息的电压传感器、电流传感器。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)可以保证供电电网输入三相电流的动态平衡度;
(2)可以在充电单元三相切换开关切换时不会出现输出瞬时断电现象,保证充电过程不受任何影响;在满足三相切换开关带电快速切换目标下,三相切换开关切换不会造成三相电源的短路环流,确保电网和系统的安全;
(3)通过监测配电支路的电流值,可以在充电单元输出端发生短路或过载时,通过控制三相切换开关,及时切断三相供电电网与充电输出端的连接,保证充电桩设备和人身安全;智能监控单元可以统一计算三相供电电源输入电流的大小,为智能化切换三相切换开关,保证三相供电电流的平衡度;通过监测电流传感器的电流值,可以计算各个充电单元输出的有功功率、无功功率、功率因数、电度数等等电量,为监控充电桩的运行状态、计量收费等提供依据。
附图说明
图1是实施例1系统原理示意图。
图2是实施例1三相切换开关的原理图。
图3是实施例1三相切换开关触发信号与相电压波形图。
图4是本实施例2的系统原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种具有智能监控功能的充电配电控制系统。充电桩配电控制系统外接三相四线制交流电网,包括与交流电网连接的带控制执行机构的至少两个充电单元以及监控系统,
所述监控系统包括采集充电单元电能信息的电能信息采集单元、智能监控单元及通讯单元,所述控制执行机构用于实现充电单元与交流电网的通断;所述电能信息采集单元将采集的电能信息信号通过通讯单元传送给智能监控单元,所述智能监控单元根据电能信息控制控制执行机构执行通断动作。
如图1所示,充电单元的电气主回路由三相四线供电电网提供输入电能,包括多个单相和/或三相配电支路Z1——Zi,配电支路数i至少大于5,一般可以多达数十个。本实施例中,i=9,即充电桩有Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9总共九路接口,可以满足为九台电动车充电的需求。控制执行机构包括连接在单相充电输出端口与交流电网的一相之间的三相切换开关和连接在三相充电输出端口与交流电网的三相之间的三相切换开关(图中未画出)。
本实施例中每个单相配电支路均安装三相切换开关,监控系统根据供电电网三相电流的平衡状态,自动控制三相切换开关无间隙的切换到合适的某一相。三相切换开关可以带电切换,由此保证三相切换开关切换过程中,配电支路输出不会出现瞬间断电的情况。
以单相充电输出单元Z1为例说明。Z1单元的初始充电状态三相切换开关是与供电电网A相连接,当监控系统检测计算出供电电网三相电流中B相电流最小,而且B相电流与A相电流的差值、B相电流与C相电流的差值均大于单相充电输出单元Z1充电电流值,监控系统即在Z1单元充电电流等于零时刻,将三相切换开关无间隙的切换到B相,由于三相切换开关在两相电源之间是无间隙切换,切换过程不会影响充电状态,所以可以快速频繁切换三相切换开关,从而实现供电电网三相电流稳态和动态的最佳平衡度状态。
本实施例提出的充电桩配电控制系统,其电能信息采集单元具体指每个配电支路的电能信息采集装置,包括电流传感器、电压传感器。九个单相配电支路均安装有电压、电流传感器。分别是V1、A1,V2、A2,V3、A3,V4、A4,V5、A5,V6、A6,V7、A7,V8、A8,V9、A9,这18个传感器输出信号送给监控系统的智能监控单元统一计算处理,其中根据电流信号可以计算供电电源三相电流的大小,为智能切换三相切换开关提供基础。
通过检测配电支路的电流值、电压值,可以在充电单元输出端发生短路或过载时,通过控制三相切换开关,及时切断三相供电电网与充电输出端的连接,保证充电桩设备和人身安全。可以统一计算三相供电电源输入电流的大小,以智能化切换三相切换开关,保证三相供电电流的平衡度。还可以根据电压、电流信号计算各个充电单元输出的有功功率、无功功率、功率因数、电度数等等电量,为监控充电桩的运行状态、计量收费等提供依据。监控系统根据各路单相输出充电单元中三相切换开关的连接状况,自动选择电压传感器输出信息计算该配电支路的各种电量。例如,当单相支路Z1的三相切换开关与供电电网B相连接,则监控系统就检测VB电压传感器输出信息作为计算单相输出充电单元Z1的有功功率、无功功率、功率因数、电度数等等电量的依据。
智能监控单元采用DSP核心计算芯片,负责各个配电支路的电量采集、计算,三相切换开关的智能切换控制,配电支路的故障监测与保护,人机交互界面以及通过互联网与集中监控管理系统联系,反馈充电桩的运行状态与数据,接收集中监控管理系统的控制指令等。
通讯单元包括模拟信号转换接口、人机界面接口、三相切换开关的控制信号接口以及互联网通讯接口。通讯单元是所有信息传输的通道,负责现场信息的上传以及上级指令信息的下达,保证本控制系统与上级监控系统的有机融合。
监控系统通过互联网接收服务器指令,并通过计算各个输出单元输出电流和连接电网相线的不同,综合计算三相电网电流的平衡度,并通过智能控制三相切换开关,自动控制某个单相输出充电桩与三相电网中的某一相实现无间隙切换接通,从而保证三相电网三相输入电流的平衡度。并能保证相间切换时,不会造成三相电网各相之间产生短路环流,保证充电桩控制系统安全可靠运行。
本实施例在以上硬件系统基础上提出一种具有智能监控功能的充电配电控制方法,以保证充电桩的各个充电单元与三相供电电网实现无间隙切换,并且在无间隙切换过程中,不会产生相间短路环流,保障配电系统的安全稳定运行。
包括以下步骤:
S1.判断充电单元为单相输出充电单元还是三相输出充电单元。
S2.当前充电单元为单相输出充电单元时,进行以下步骤:
S21.判断各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号。
通过检测各充电单元的输出电流和各单元连接的供电电网相号,计算出供电电网三相电流的大小和各相电流的差值,根据三相电流的不平衡度,确定各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号。
当电流最小相与其他两相的差值均大于充电电流值,则该电流最小相为充电单元所需切换至的相号。例如,监控系统计算出A相电流最小,C相电流最大,则控制与C相连接的充电单元切换到A相电源,监控系统继续检测计算三相电流的大小,直到供电电网三相输入电流基本平衡为止。
这是一个动态调节控制过程,它随充电桩上外接电动车的变化以及各充电电流变化而发生三相电流的变化,要求各个充电单元的三相切换开关能够带电切换,一般采用诸如晶闸管但不局限于此的开关器件构成的三相切换开关。每个充电单元内部有一个带晶闸管的三相切换开关,连接在单相充电输出端口与交流电网的一相之间,通过控制三相切换开关实现相号的切换。
本实施例中,采用如图2所示的带晶闸管的三相切换开关,可以满足带电快速切换的要求。本三相切换开关可以保证供电电网输入三相电流的动态平衡度;可以在充电单元三相开关切换时不会出现输出瞬时断电现象,保证充电过程不受任何影响。在满足三相切换开关带电快速切换目标下,还要求三相开关切换不会造成三相电源的短路环流,确保电网和系统的安全。
S22.检测充电单元输出电流过零点,在电流过零点处确定切换相的投入。
监控系统确定某个充电单元需要切换后,还要根据电流状况控制切换的最佳时刻。附图4给出了具体控制示例:充电负载功率因数=1的条件下,当要求三相切换开关由A相切换到B相电源时,监控系统监测到A相电压正向过零点,如图3中的t1时刻,为最佳切换时刻。
S23.对充电单元进行切换相号。
在图3中的t1时刻立即发送触发信号GBZ,触发晶闸管TBZ导通,充电输出电流瞬时由A相电流转移到B相电流,由于t1时刻后,A相处于负半波,A相的正向晶闸管TAZ自然阻断,而且A相的反向晶闸管TAF无触发信号,故不会造成B相与A相之间的短路环流,从而完成了A相到B相的带电无间隙切换。
S3.当前充电单元为三相输出充电单元时,通过采集电能信息对其进行通断处理。电能信息采集单元将采集的电能信息信号通过通讯单元传送给只智能监控单元,智能监控单元根据采集的信息判断电能分配情况,对三相输出充电单元的三相切换开关发送指令执行通断操作。
S4.充电完毕切除充电输出接口与供电电网的连接。
当检测到充电单元充电电流等于零后,判断充电电流维持为零状态的时间是否超过预先设定的时间阈值;若超过则判断充电完毕。对于单相输出充电单元,充电完毕后,通过撤销三相切换开关晶闸管的所有触发信号实现充电单元与供电电网连接的切除。对于三相输出充电单元,当判断充电完毕后,智能监控单元发送指令至三相输出充电单元的三相切换开关执行断开操作。
本发明提出的充电桩具有完善的保护功能,其中之一是,当充电完毕后,自动切除充电单元输出端与供电电源的联接。方法是,当检测到充电单元充电电流等于零后,延时一小段时间,即撤销该充电单元三相切换开关晶闸管的所有触发信号,当所有晶闸管均处于阻断状态后,即实现了自动切除充电单元输出端与供电电源的联接功能。
本实施例的具有智能监控功能的充电配电控制系统,能提供多个配电输出接口,实现总体功率分配,并能根据供电电网三相电流的大小,自动分配充电输出接口与某一相电网相连,达到能平衡供电电网三相负荷的目标。此外,该系统提供友好的人机交互界面,安全可靠的保护功能,并能通过互联网与集中管理监控室和手机用户联网,实现充电设施智能配电控制,为供电系统提供优质的平衡负载、为充电用户提供安全、可靠、方便的充电服务。
实施例2
如图4所示,本实施例与实施例1的不同之处在于,配电支路数数i=20,电压传感器为三个VA、VB、VC,分别安装在供电电网A、B、C三相与零线N之间。在充电单元较多时,可以省略各单元的电压传感器,仅安装3个供电电源侧的三个电压传感器VA、VB、VC,监控系统通过判断充电单元联通相号,也可以完成各个充电单元的有功功率、无功功率、功率因数、电度数等等电量。
本实施例结构精简,当配电支路个数较多时,采用本实施例的充电桩配电控制系统在保证功能的前提下,能进一步节约成本。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有智能监控功能的充电配电控制方法,充电系统包括至少两个充电单元,充电单元与三相四线制交流电网连接;其特征在于,所述充电单元为单相输出和/或三相输出充电单元,包括以下步骤,
S1.判断充电单元为单相输出充电单元还是三相输出充电单元;
S2.当前充电单元为单相输出充电单元时,
S21.判断各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号;
S22.检测充电单元输出电流过零点,在电流过零点处确定切换相的投入;
S23.对充电单元进行切换相号;
S3.当前充电单元为三相输出充电单元时,通过采集的电能信息对其进行通断处理。
2.根据权利要求1所述的具有智能监控功能的充电配电控制方法,其特征在于,所述步骤S21中,通过检测各充电单元的输出电流和各单元连接的供电电网相号,计算出供电电网三相电流的大小和各相电流的差值,确定各个充电单元是否需要切换相号以及所需要切换至的相号。
3.根据权利要求2所述的具有智能监控功能的充电配电控制方法,其特征在于,所述步骤S21中,
当电流最小相与其他两相的差值均大于充电电流值,则该电流最小相为充电单元所需切换至的相号。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的具有智能监控功能的充电配电控制方法,其特征在于,还包括以下步骤,
S4.充电完毕切除充电输出接口与供电电网的连接。
5.根据权利要求4所述的具有智能监控功能的充电配电控制方法,其特征在于,所述步骤S4中,当检测到充电单元充电电流等于零后,判断充电电流维持为零状态的时间是否超过预先设定的时间阈值;若超过则判断充电完毕。
6.根据权利要求5所述的具有智能监控功能的充电配电控制方法,其特征在于,每个单相输出充电单元内部有一个带晶闸管的三相切换开关,连接在单相充电输出端口与交流电网的一相之间,通过控制三相切换开关实现相号的切换;所述步骤S4中,充电完毕后,通过撤销三相切换开关晶闸管的所有触发信号实现充电单元与供电电网连接的切除。
7.一种具有智能监控功能的充电配电控制系统,所述充电桩配电控制系统外接三相四线制交流电网,其特征在于,包括与交流电网连接的带控制执行机构的至少两个单相输出和/或三相输出充电单元,以及监控系统,
所述监控系统包括采集充电单元电能信息的电能信息采集单元、智能监控单元及通讯单元,所述控制执行机构用于实现充电单元与交流电网的通断;所述电能信息采集单元将采集的电能信息信号通过通讯单元传送给智能监控单元,所述智能监控单元根据电能信息控制控制执行机构执行通断动作。
8.根据权利要求7所述的具有智能监控功能的充电配电控制系统,其特征在于,所述控制执行机构为连接在充电单元输出端口与交流电网之间的三相切换开关。
9.根据权利要求8所述的具有智能监控功能的充电配电控制系统,其特征在于,所述通讯单元包括模拟信号转换接口、人机界面接口、三相切换开关的控制信号接口以及互联网通讯接口。
10.根据权利要求8或9所述的具有智能监控功能的充电配电控制系统,其特征在于,所述电能采集单元包括分别测量充电单元电压、电流信息的电压传感器、电流传感器。
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