CN109353242A - 一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车有序充放电控制技术领域，具体为一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法。由于本算法具有智能感知小区实时负荷功率的功能，具备了根据小区剩余供电功率进行自我调整的能力，可以在不进行小区配网升级改造的情况下进行部署，在节约配网升级扩容费用的同时，极大的提升了充电桩进入居民小区的部署速度；同时有助于电网“削峰填谷”目标的达成，实现了电动汽车作为移动式电能量载体，充分发挥客户端储能的作用，为全面推进国家电网公司提出的“将车联网平台打造成电动汽车与电网交互的交易平台，并发展为延伸到客户侧储能、分布式电源的智能用电综合管理平台，支撑国家电网公司的长远发展”这一目标提供强有力的支撑。

Description

一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法

技术领域

本发明属于电动汽车有序充放电控制技术领域，具体为一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法。

背景技术

随着电动汽车销售量的爆发式增长，未来将会有大量电动汽车成为城市居民的上下班通勤、市内代步工具，分析其使用特点，此类用户对于大功率快速充电的需求不大，其充电模式将会是小功率低速充电模式，充电时间多为夜间停放于小区停车位的时段，并且期望充电价格能够低廉以降低其使用成本。

小功率低速充电服务的典型规格依照GB/T-20234-2015的规定，按照7kW功率计算，参考当前主流电动汽车储能能力，以60kWh取值，粗略计算将其充满电约需要9小时时长，按照夜间电网负荷低谷时长约7小时（0点至7点）计算，可将电动汽车储能电池由0%充至80%。根据国网电动汽车服务有限公司的研究结论“两个80%”：即80%的电动汽车用户是平时在自己住所停车场充电的私人家庭用户；80%的电动汽车用户会在电网负荷低谷时期进行充电。上述的研究结论“两个80%”将会给现有电网增加大量负荷，以太原电网为例：全年最高负荷约为400万kW，如果太原市再增加20万辆电动汽车的保有量，按照其中80%用户按照上述使用模式进行充电，每辆车充电功率为7kW计算，将会给太原电网产生112万kW的新增功率负荷，势必对配电网产生较大的冲击，尤其是建设较早的老旧居民小区，晚间居民用电高峰时段的功率负荷再叠加电动汽车充电功率负荷，可能导致居民区配网无法满足负荷要求发生跳闸，严重影响城市供电质量，未来电动汽车保有量的爆发式增长将会导致这一矛盾更加突出。

根据上述需求背景分析，为了应对未来电动汽车保有量的爆发式增长，需要研制一种能够在当前配网结构、负载能力限制下，自动调整电动汽车充电功率，并在配网供电能力不能满足小区用户负荷时，自动将电动汽车内存储的电能回送给小区用户负荷以实现“削峰填谷”的智能充电桩系统有序充放电算法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法，智能充电桩包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置，其中系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路；

充电算法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1）获取小区负荷实时功率值P：系统主控制器收到小区用户负荷控制终端发来的实时功率值P；

步骤2）判断充放电模式S2：接收到的小区负荷实时功率值P与小区供电线路最大容量值Pmax进行比较，如Pmax≥P进入充电模式S4并计算剩余可用功率值Pin；如P＞Pmax则进入放电模式S3；

步骤3）充电信息获取阶段S5：充电桩控制器采集充电车辆的满电量数值、需要充入的待充电量数值上报系统主控制器，系统主控制器根据充电桩控制器反馈的数据统计得出已经连接车辆的充电桩数量n；

步骤4）充电信息整理阶段S6：生成待充电量队列En和待充电量与满电量比例的占比队列Sn，获取满电量车辆数量值m，从En和Sn两个队列中剔除满电车辆的相关数值，之后对待充电量队列En按照从大到小的顺序进行排序（S7），对待充电量占比队列Sn求其平均值S（S8）；

步骤5）判别充电模式启用不同充电算法阶段S9：根据待充电量占比队列的平均值S区分轻载充电和重载充电，若S＞40%，启动轻载充电模式S10；若S≤40%，启动重载充电模式S11；

步骤6）重载充电算法S11：将待充电量队列由大到小划分为10个档次，将小区剩余可用功率Pin优先分配给待充电量数值最大的第一档次，分配数值为直流充电机额定功率的100%；给第一档次分配完成后剩余的Pin如大于零，则对第二档次采用直流充电机额定功率的90%进行功率分配；如对第二档次分配完成后剩余Pin依然大于零，则对第三档次采用直流充电机额定功率的80%进行功率分配；以此类推，对第四档次直至第十档次采用直流充电机额定功率的70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%进行功率分配S12，直至将Pin分配完毕扣减至零值S13；

步骤7）轻载充电算法S10：将小区剩余可用功率平均分配给需要分配功率的充电桩，由于在前面S6阶段获取了满电车辆数量值m，所以每个充电桩分配到的充电功率为Pin/（n－m）；

步骤8）周期性循环以上过程形成不断再分配功率的工作方式。

本发明“智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法”的优点和积极效果：

本系统的部署将会极大的节约配网升级扩容的费用。由于本系统具有智能感知小区实时负荷功率的功能，具备了根据小区剩余供电功率进行自我调整的能力，可以在不进行小区配网升级改造的情况下进行部署，在节约配网升级扩容费用的同时，极大的提升了充电桩进入居民小区的部署速度；同时有助于电网“削峰填谷”目标的达成，实现了电动汽车作为移动式电能量载体，充分发挥客户端储能的作用，为全面推进国家电网公司提出的“将车联网平台打造成电动汽车与电网交互的交易平台，并发展为延伸到客户侧储能、分布式电源的智能用电综合管理平台，支撑国家电网公司的长远发展”这一目标提供强有力的支撑。

附图说明

图1为有序充电算法工作逻辑图。

具体实施方式

一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法，智能充电桩包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置，其中系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路；

充电算法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1）获取小区负荷实时功率值P：系统主控制器收到小区用户负荷控制终端发来的实时功率值P；

步骤2）判断充放电模式S2：接收到的小区负荷实时功率值P与小区供电线路最大容量值Pmax进行比较，如Pmax≥P进入充电模式S4并计算剩余可用功率值Pin；如P＞Pmax则进入放电模式S3；

步骤3）充电信息获取阶段S5：充电桩控制器采集充电车辆的满电量数值、需要充入的待充电量数值上报系统主控制器，系统主控制器根据充电桩控制器反馈的数据统计得出已经连接车辆的充电桩数量n；

步骤4）充电信息整理阶段S6：生成待充电量队列En和待充电量与满电量比例的占比队列Sn，获取满电量车辆数量值m，从En和Sn两个队列中剔除满电车辆的相关数值，之后对待充电量队列En按照从大到小的顺序进行排序，对待充电量占比队列Sn求其平均值S；

步骤5）判别充电模式启用不同充电算法阶段S9：根据待充电量占比队列的平均值S区分轻载充电和重载充电，若S＞40%，启动轻载充电模式S10；若S≤40%，启动重载充电模式S11；

步骤6）重载充电算法S11：将待充电量队列由大到小划分为10个档次，将小区剩余可用功率Pin优先分配给待充电量数值最大的第一档次，分配数值为直流充电机额定功率的100%；给第一档次分配完成后剩余的Pin如大于零，则对第二档次采用直流充电机额定功率的90%进行功率分配；如对第二档次分配完成后剩余Pin依然大于零，则对第三档次采用直流充电机额定功率的80%进行功率分配；以此类推，对第四档次直至第十档次采用直流充电机额定功率的70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%进行功率分配S12，直至将Pin分配完毕扣减至零值S13；

步骤7）轻载充电算法S10：将小区剩余可用功率平均分配给需要分配功率的充电桩，由于在前面S6阶段获取了满电车辆数量值m，所以每个充电桩分配到的充电功率为Pin/（n－m）；

步骤8）周期性循环以上过程形成不断再分配功率的工作方式。

Claims (1)

1.一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法，其特征在于智能充电桩包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置，其中系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路；

充电算法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1）获取小区负荷实时功率值P：系统主控制器收到小区用户负荷控制终端发来的实时功率值P；

步骤2）判断充放电模式S2：接收到的小区负荷实时功率值P与小区供电线路最大容量值Pmax进行比较，如Pmax≥P进入充电模式S4并计算剩余可用功率值Pin；如P＞Pmax则进入放电模式S3；

步骤3）充电信息获取阶段S5：充电桩控制器采集充电车辆的满电量数值、需要充入的待充电量数值上报系统主控制器，系统主控制器根据充电桩控制器反馈的数据统计得出已经连接车辆的充电桩数量n；

步骤4）充电信息整理阶段S6：生成待充电量队列En和待充电量与满电量比例的占比队列Sn，获取满电量车辆数量值m，从En和Sn两个队列中剔除满电车辆的相关数值，之后对待充电量队列En按照从大到小的顺序进行排序，对待充电量占比队列Sn求其平均值S；

步骤5）判别充电模式启用不同充电算法阶段S9：根据待充电量占比队列的平均值S区分轻载充电和重载充电，若S＞40%，启动轻载充电模式S10；若S≤40%，启动重载充电模式S11；

步骤6）重载充电算法S11：将待充电量队列由大到小划分为10个档次，将小区剩余可用功率Pin优先分配给待充电量数值最大的第一档次，分配数值为直流充电机额定功率的100%；给第一档次分配完成后剩余的Pin如大于零，则对第二档次采用直流充电机额定功率的90%进行功率分配；如对第二档次分配完成后剩余Pin依然大于零，则对第三档次采用直流充电机额定功率的80%进行功率分配；以此类推，对第四档次直至第十档次采用直流充电机额定功率的70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%进行功率分配S12，直至将Pin分配完毕扣减至零值S13；

步骤7）轻载充电算法S10：将小区剩余可用功率平均分配给需要分配功率的充电桩，由于在前面S6阶段获取了满电车辆数量值m，所以每个充电桩分配到的充电功率为Pin/（n－m）；

步骤8）周期性循环以上过程形成不断再分配功率的工作方式。