CN109795358A - 一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，方法为：首先实时采集电网负荷，记录电网实时负荷数据；然后根据历史数据，预测下个时刻点电网的非充电负荷：若当前电网实时负荷与非充电负荷预测结果之间的差距大于阈值，则需要重新对非充电负荷进行预测，通过提高预测精度要求以及迭代次数来缩小预测误差；最后在功率总和小于电网额定功率的前提下，根据电网实时负荷和下一时刻非充电负荷预测值调整当前充电功率。本发明实现了电动汽车不增容充电，具有成本低、易实施、对电网影响小、安全性高的优点。

Description

一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电功率控制方法，特别是一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法。

背景技术

电动汽车大规模发展，各小区、工厂等地都需要进行充电桩的装设。各场景下的建筑用电容量均无法满足电动汽车充电需求，因此需要进行用电容量的扩容，但是由于建筑内部电气线路均已固定，扩容的线路改造成本大、难度高，因此需要有合适的充电控制方法对电动汽车充电功率进行控制。

当前，大多的充电控制方法均是为了解决电动汽车充电带来的电能质量、峰谷差等问题，无法对实时充电情况进行控制，或者只是进行充电情况进行监控，当出现危险时，仅仅是进行停机报警，不能自主调节充电功率。因此，如何通过控制电动汽车充电功率而不是增加电网容量来避免线路、区域配电变压器过载的情况发生，实现电动汽车不增容充电这一问题亟待解决。

发明型内容

本发明的目的在于提供一种成本低、易实施、对电网影响小、安全性高的不增容充电的电动汽车充电功率控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1、每隔时间T，检测电网侧负荷，记录电网实时负荷数据；

步骤2、根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷；

步骤3、根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值。

进一步地，步骤2所述的根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷，具体如下：

若当前电网实时负荷与非充电负荷预测结果之间的差距大于阈值K％，即：

则需要重新对非充电负荷进行预测，通过提高预测精度要求以及迭代次数来缩小预测误差；其中，K的取值范围为0＜K＜25；

式中，P为电网实时负荷，P_c为当前充电功率，P_t为预测的电网非充电功率。

进一步地，步骤3所述的根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值，具体如下：

步骤3.1：根据电网实时负荷对充电功率进行调整，具体如下：

3.1.1)设定当前电网实时负荷为P，电网额定功率值为P_n，当P＞P_n时，启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝P_c

将充电功率下降调节量设置为当前充电功率P_c，即直接将充电桩停机；

3.1.2)设当前电网实时负荷P的上升率为R_p，充电系统接收到功率调节指令到功率调节完毕的时间为T_adj，如果当前电网实时负荷P与在T_adj时间内负荷P的增量T_adj·R_p的和大于电网额定功率值P_n，即P_n＜T_adj·R_p+P，则启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_adj·T_adj·R_p

式中，k_adj为功率调节系数，其取值和该场景下负荷突变情况有关，取值范围为k_adj＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷需要的负荷量；

此时，电网实时负荷P'为：

P'＝P+t·R_p-P_adj

由于P_adj＞T_adj·R_p，所以确保P'小于P_n，即电网实时负荷小于电网额定功率值，电动汽车能够在不增容的情况下安全充电；

步骤3.2：根据下一时刻预测状态对充电功率进行调整，具体如下：

步骤3.2.1：预测的电网非充电功率为P_t，如果预测的电网非充电功率P_t和当前充电功率P_c之和超出电网额定功率值P_n，即P_t+P_c＞P_n，则启动功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_t·(P_t+P_c-P_n)

式中，k_t为功率调节系数，取值范围为k_t＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷即将需要的负荷量；

步骤3.2.2：如果以上所有情况都不满足，则系统现在至预测的时间点均有充足的充电功率裕量，即满足下式：

式中，为预测值的功率裕量，为非充电功率预测结果中功率最大上升率；P_m为电网实时负荷的功率裕量，R_pmax为电网实时负荷中功率最大上升率；

则启动功率调节，充电功率的上升调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_r·min((P_n-P),(P_n-P_t-P_c),(P_need-P_c))

式中，k_r为功率调节系数，取值范围为0＜k_r＜1，和应用场景的负荷突变率有关。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)综合考虑电网实时状态、电网预测状态进行充电功率调节，确保电网实时功率在不增容的前提下不会超过电网额定值；(2)充电功率值的调节更加灵活，在确保电网实时功率不超过电网额定值的前提下进行电动汽车充电；(3)成本低、易实施、对电网影响小、安全性高。

附图说明

图1是本发明不增容充电的电动汽车充电功率控制方法的流程示意图。

图2是本发明不增容充电的电动汽车充电功率控制方法的详细流程示意图。

具体实施方式

一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1、每隔时间T，检测电网侧负荷，记录电网实时负荷数据；

步骤2、根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷；

步骤3、根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值。

进一步地，步骤2所述的根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷，具体如下：

若当前电网实时负荷与非充电负荷预测结果之间的差距大于阈值K％，即：

则需要重新对非充电负荷进行预测，通过提高预测精度要求以及迭代次数来缩小预测误差；其中，K的取值范围为0＜K＜25；

式中，P为电网实时负荷，P_c为当前充电功率，P_t为预测的电网非充电功率。

进一步地，步骤3所述的根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值，具体如下：

步骤3.1：根据电网实时负荷对充电功率进行调整，具体如下：

3.1.1)设定当前电网实时负荷为P，电网额定功率值为P_n，当P＞P_n时，启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝P_c

将充电功率下降调节量设置为当前充电功率P_c，即直接将充电桩停机；

3.1.2)设当前电网实时负荷P的上升率为R_p，充电系统接收到功率调节指令到功率调节完毕的时间为T_adj，如果当前电网实时负荷P与在T_adj时间内负荷P的增量T_adj·R_p的和大于电网额定功率值P_n，即P_n＜T_adj·R_p+P，则启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_adj·T_adj·R_p

式中，k_adj为功率调节系数，其取值和该场景下负荷突变情况有关，取值范围为k_adj＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷需要的负荷量；

此时，电网实时负荷P'为：

P'＝P+t·R_p-P_adj

由于P_adj＞T_adj·R_p，所以确保P'小于P_n，即电网实时负荷小于电网额定功率值，电动汽车能够在不增容的情况下安全充电；

步骤3.2：根据下一时刻预测状态对充电功率进行调整，具体如下：

步骤3.2.1：预测的电网非充电功率为P_t，如果预测的电网非充电功率P_t和当前充电功率P_c之和超出电网额定功率值P_n，即P_t+P_c＞P_n，则启动功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_t·(P_t+P_c-P_n)

式中，k_t为功率调节系数，取值范围为k_t＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷即将需要的负荷量；

步骤3.2.2：如果以上所有情况都不满足，则系统现在至预测的时间点均有充足的充电功率裕量，即满足下式：

式中，为预测值的功率裕量，为非充电功率预测结果中功率最大上升率；P_m为电网实时负荷的功率裕量，R_pmax为电网实时负荷中功率最大上升率；

则启动功率调节，充电功率的上升调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_r·min((P_n-P),(P_n-P_t-P_c),(P_need-P_c))

式中，k_r为功率调节系数，取值范围为0＜k_r＜1，和应用场景的负荷突变率有关。

以下结合具体实施例，并参照附图对本发明进一步详细说明。

实施例

结合图1、图2，本发明不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1、每隔时间T，检测电网侧负荷，记录电网实时负荷数据；

步骤2、根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷；

步骤3、根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值。

进一步地，步骤1中所述的间隔时间T，具体如下：

间隔时间T不同。负荷波动频繁且波动较大的场景下，间隔时间T较短；负荷较为平稳的场景下，间隔时间T适当变大；具体来讲，检测时间间隔T和实际应用场景有关，对于居民用电等负荷波动较小的场景下，T值稍大，对于工厂、地铁等负荷波动较大的场景下，T值较小。当检测完电网负荷后，对负荷数据进行保存。在此例中，T＝20ms。

进一步地，步骤2所述的根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷，具体如下：

若当前电网实时负荷与非充电负荷预测结果之间的差距大于阈值K％，即：

则使用电网实时负荷对非充电负荷预测结果进行优化，缩小预测误差；并对下一时间点后的电网非充电负荷进行预测。此例中，K＝10。

式中，P为电网实时负荷，P_c为当前充电功率，P_t为预测的电网非充电功率。

进一步地，步骤3所述的根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值，具体如下：

步骤3.1：根据电网实时负荷对充电功率进行调整，具体如下：

情况一：电网实时负荷值大于电网额定运行值

当前电网功率为P，电网额定功率为P_n；

为了实现不增容充电，电网实时功率需要小于电网额定功率。如果有下式(2)成立，即电网实时功率大于电网的额定功率，启动充电功率调节。

P_n＜P (2)

进行下调充电功率时，下降调节量为P_adj，公式如式(3)，将功率下降调节量设置为当前充电功率，即直接将充电桩停机。

P_adj＝P_c (3)

电网实时负荷值大于电网额定运行值的情况属于紧急情况，需要快速降低充电负荷。当没有充电桩进行充电时，电网便不会出现过负荷运行的现象，因此通过将充电桩停机可以使得此时电网实际功率小于电网额定功率。本方法采取将充电负荷降为0，即直接切除充电负荷，不需要通过增加电网容量来确保电网实时功率小于电网额定功率。调节完毕后继续进行电网侧负荷检测，根据结果进行功率调节。

情况二：电网实时负荷值小于电网额定运行值，但是实时负荷上升率超标

设当前电网功率的上升率为R_p，充电系统收到指令到功率调节完毕的时间为T_adj。如果当前电网实时负荷与在T_adj时间内负荷的上升量的和大于电网额定容量时，也就是当电网实时负荷值小于电网额定功率值，但是实时负荷上升率满足下式(4)时，需要对功率进行下调：

P_n＜T_adj·R_p+P (4)

进行下调充电功率时，下降调节量为P_adj，公式如式(5)。降低充电负荷，下调量大于等于其他用电负荷需要的负荷量。

P_adj＝k_adj·T_adj·R_p (5)

式中，k_adj为功率调节系数，其取值和该场景下负荷突变情况有关，取值范围为k_adj＞1；此例中k_adj取值1.25.

将充电功率下降调节量设置为大于等于其他用电负荷需要的负荷量，调节完毕后继续进行电网侧负荷检测，根据结果进行功率调节。

此时，电网实时功率为P'为：

P'＝P+t·R_p-P_adj (6)

由于P_adj＞T_adj·R_p，可以确保P'小于P_n，即电网实时负荷小于电网额定功率值，电动汽车可以在不增容的情况下安全充电。

步骤3.2：根据下一时刻预测状态对充电功率进行调整，具体如下：

情况一：预测的电网非充电负荷和当前充电功率之和超出电网额定值，即有式(7)成立，则启动功率调节。

P_t+P_c＞P_n (7)

进行下调充电功率时，下降调节量为P_adj，公式如式(8)，降低充电负荷，下调量大于等于其他用电负荷有可能即将需要的负荷量：

P_adj＝k_t·(P_t+P_c-P_n) (8)

式中，k_t为功率调节系数，取值范围为k_t＞1；此例中，k_t取值1.25。

将充电功率下降调节量设置为大于等于其他用电负荷即将需要的负荷量。

通过考虑未来一段时间内电网非充电功率预测值，提前调整当前充电功率，确保在未来一段时间内电网功率不会超过电网额定容量，确保电网在不增容的情况下电动汽车安全充电。

情况二：如果以上所有情况都不满足，则说明系统现在至下一个时刻均有可以用来充电的裕量，即有式(9)成立：

式中，为预测值的功率裕量，为非充电功率预测结果中功率最大上升率；P_m为电网实时负荷的功率裕量，R_pmax为电网实时负荷中功率最大上升率；

则启动功率调节，进行上调充电功率时，上降调节量为P_adj，公式如式(10)，取当前可供充电的富裕容量、即将出现的富裕容量、系统需要的充电容量中最小值，并乘以相应的系数来进行充电功率的上调。保证当前以及一定时间后电网不会因为此次上调充电功率而导致过负荷运行：

P_adj＝k_r·min((P_n-P),(P_n-P_t-P_c),(P_need-P_c)) (10)

式中，k_r为功率调节系数，取值范围为0＜k_r＜1；此例中k_r取值0.85。

取当前可供充电的富裕容量、即将出现的富裕容量、系统需要的充电容量中最小值，并乘以相应的系数来进行充电功率的上调，保证当前以及一定时间间隔后电网不会因为此次上调充电功率而导致过负荷运行。

最终，在本实施例中通过综合考虑电网当前实时功率、电网功率上升值、电网功率预测值，提前调整充电功率来确保电网实时功率小于电网额定值，实现在不增容充电。

Claims (3)

1.一种不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、每隔时间T，检测电网侧负荷，记录电网实时负荷数据；

步骤2、根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷；

步骤3、根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值。

2.根据权利要求1所述的不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，其特征在于，步骤2所述的根据历史数据，预测下一个时间点后电网的非充电负荷，具体如下：

若当前电网实时负荷与非充电负荷预测结果之间的差距大于阈值K％，即：

则需要重新对非充电负荷进行预测，通过提高预测精度要求以及迭代次数来缩小预测误差；其中，K的取值范围为0<K<25；

式中，P为电网实时负荷，P_c为当前充电功率，P_t为预测的电网非充电功率。

3.根据权利要求1所述的不增容充电的电动汽车充电功率控制方法，其特征在于，步骤3所述的根据电网实时负荷以及下一时刻非充电负荷预测值，对充电功率进行调整，确保在下次功率调整前，电网功率总和小于电网额定功率值，具体如下：

步骤3.1：根据电网实时负荷对充电功率进行调整，具体如下：

3.1.1)设定当前电网实时负荷为P，电网额定功率值为P_n，当P＞P_n时，启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝P_c

将充电功率下降调节量设置为当前充电功率P_c，即直接将充电桩停机；

3.1.2)设当前电网实时负荷P的上升率为R_p，充电系统接收到功率调节指令到功率调节完毕的时间为T_adj，如果当前电网实时负荷P与在T_adj时间内负荷P的增量T_adj·R_p的和大于电网额定功率值P_n，即P_n＜T_adj·R_p+P，则启动充电功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_adj·T_adj·R_p

式中，k_adj为功率调节系数，其取值和该场景下负荷突变情况有关，取值范围为k_adj＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷需要的负荷量；

此时，电网实时负荷P'为：

P'＝P+t·R_p-P_adj

由于P_adj>T_adj·R_p，所以确保P'小于P_n，即电网实时负荷小于电网额定功率值，电动汽车能够在不增容的情况下安全充电；

步骤3.2：根据下一时刻预测状态对充电功率进行调整，具体如下：

步骤3.2.1：预测的电网非充电功率为P_t，如果预测的电网非充电功率P_t和当前充电功率P_c之和超出电网额定功率值P_n，即P_t+P_c＞P_n，则启动功率调节，充电功率的下降调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_t·(P_t+P_c-P_n)

式中，k_t为功率调节系数，取值范围为k_t＞1；

将充电功率下降调节量设置为大于等于非电动汽车充电负荷即将需要的负荷量；

步骤3.2.2：如果以上所有情况都不满足，则系统现在至预测的时间点均有充足的充电功率裕量，即满足下式：

式中，为预测值的功率裕量，为非充电功率预测结果中功率最大上升率；P_m为电网实时负荷的功率裕量，R_pmax为电网实时负荷中功率最大上升率；

则启动功率调节，充电功率的上升调节量为P_adj，公式如下：

P_adj＝k_r·min((P_n-P),(P_n-P_t-P_c),(P_need-P_c))

式中，k_r为功率调节系数，取值范围为0＜k_r＜1，和应用场景的负荷突变率有关。