CN110053485A - 一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法及系统，当线网段功率即将超限时，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，根据降低的程度能够得到充电装置的功率降低量，就能够在一定程度上增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，功率增大，无轨电车的速度就会增加，加快驶出该线网段，驶出之后就不会再消耗该线网段上的功率，总用电功率就会降低；还控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，这样就能够延迟进入该线网段的时间。因此，通过调节充电装置的输出功率、即将驶出该线网段的无轨电车的速度以及即将驶入该线网段的无轨电车的速度，来调节该线网段的总用电功率，避免线网段总用电功率超限进入保护或跳闸状态。

Description

一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法及系统。

背景技术

在环境污染日益严重、城市雾霾严重、PM2.5持高不下、石油能源日益严峻的大环境下，传统燃油车辆已无法满足节能减排的需要，国家大力推行新能源汽车，随着新能源汽车的大力推广，充电场站的建设成为车辆推广的一个重要方面，双源无轨电车能有效复合利用线网能量与车载动力电源中能量，从而发挥其巨大优势。

为了保证无轨电车的可靠运行，目前已研发出用于无轨电车的能量管理控制方法，但是，目前直流线网存在能量利用率低、线网功率管控系统不完善等技术缺陷，导致线网不能发挥其区域优势，具体如下：1、线网功率管控系统不完善，局部无轨电车车流增加需求时，会保护、跳闸等断电情况，影响车辆运行，造成集体趴窝现象；2、线网利用率低，在线无轨电车数量少时，需求大幅小于线网功率，此时不能充分利用剩余功率，造成功率闲置、设备闲置。

为了解决上述技术问题，授权公告号为CN105059128B的中国专利文件中公开了一种无轨电车能量管理控制方法，其中，若第一电网段上的一辆车驶入第二电网段上会造成第二电网段上的电网出现过载工作或者无轨电车补给能量功率降低，那么，向该车辆发出指令，提示前方电网段过载警告，命令其继续在第一电网段上补给能量，通常为控制车辆停车。虽然该方法能够实现电网段的能量管理，预防电网过载，但是，除了无轨电车之外，电网段(即线网段)中还可能连接其他的用电设备，比如直流充电机等，上述控制方法没有结合线网段中多种用电设备进行综合能量管理，而且，在控制车辆继续在第一电网段上补给能量时，可能造成第一电网段的车辆堵塞，对交通不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，用以解决现有的能量管理控制方法没有结合线网段上连接的多种用电设备进行管理的问题。本发明同时提供一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制系统。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

方法方案一：本方案提供一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，包括以下步骤：

(1)对于某一个线网段，检测该线网段上各用电设备的用电功率，并计算所有用电功率之和，得到总用电功率；

(2)比较总用电功率与线网段第一允许功率限值，当总用电功率达到所述线网段第一允许功率限值时，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，得到充电装置的功率降低量，控制增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，以增大即将驶出该线网段的无轨电车的速度，控制即将驶出该线网段的无轨电车加快驶出该线网段，即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率的增大量小于或者等于所述功率降低量，且控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，延迟进入该线网段的时间。

当总用电功率达到线网段第一允许功率限值时，表示该线网段功率即将超限，那么，需要调节线网段的总用电功率，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，根据降低的程度能够得到充电装置的功率降低量，线网段就能够腾出一定的功率空间，那么，就能够在一定程度上增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，那么，这些即将驶出该线网段的无轨电车的速度就会增加，进而这些即将驶出该线网段的无轨电车就能够进一步加快驶出该线网段，当然驶出之后就不会再消耗该线网段上的功率，总用电功率就会降低；而且，还控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，这样就能够延迟进入该线网段的时间，延时总用电功率增加的时间。因此，通过调节充电装置的输出功率、即将驶出该线网段的无轨电车的速度以及即将驶入该线网段的无轨电车的速度，来调节该线网段的总用电功率，避免线网段总用电功率超限进入保护或跳闸状态。而且，该控制方法中，参与的调节对象不止无轨电车一种，还有充电装置，所以，结合线网段上连接的多种用电设备进行管理，能够提升能量管理的可靠性。并且，参与控制调节的无轨电车有即将驶出该线网段的以及即将驶入该线网段的，通过对这两种无轨电车进行调节控制，能够有效降低线网段总用电功率，保证线网段正常运行。因此，实施管控线网段区域充电装置的输出功率以及无轨电车的运行状态，改善线网段区域车辆运营效果，避免趴窝拥堵等，对所控制区域内车辆运行进行调度，实现车辆有序运转，避免线网段功率超限。

方法方案二：在方法方案一的基础上，控制降低所述即将驶入该线网段的无轨电车的用电功率，以实现所述控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度。

方法方案三：在方法方案一的基础上，所述控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率具体为：优先降低慢充充电装置的输出功率，降低或者停止即将充满电的充电装置的输出功率。

方法方案四：在方法方案一的基础上，对于线网段上的各无轨电车，优先降低双源无轨电车的用电功率。

方法方案五：在方法方案四的基础上，控制双源无轨电车脱网运行，在驶出该线网段之后控制挂网运行。脱网运行后，双源无轨电车不再从线网段上获取功率，能够有效降低线网段上的用电功率。

方法方案六：在方法方案一的基础上，当总用电功率小于或者等于线网段第二允许功率限值，且大于线网段功率下限阈值时，恢复与线网段连接的充电装置的输出功率，所述第二允许功率限值小于或者等于所述第一允许功率限值。

方法方案七：在方法方案六的基础上，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，控制增大该线网段上的各双源无轨电车的用电功率，在保证车辆运行的同时，还对各双源无轨电车中的动力电源进行在线充电。提高在线无轨电车的功率使用。

方法方案八：在方法方案六的基础上，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，向该线网段所对应的区域内的新能源汽车发送提示信号，提示各新能源汽车进行充电。大幅度提高线网利用率，减少线网资源闲置。

系统方案一：本方案提供一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制系统，包括能量管理控制模块，所述控制模块包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下控制步骤：

(1)对于某一个线网段，检测该线网段上各用电设备的用电功率，并计算所有用电功率之和，得到总用电功率；

(2)比较总用电功率与线网段第一允许功率限值，当总用电功率达到所述线网段第一允许功率限值时，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，得到充电装置的功率降低量，控制增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，以增大即将驶出该线网段的无轨电车的速度，控制即将驶出该线网段的无轨电车加快驶出该线网段，即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率的增大量小于或者等于所述功率降低量，且控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，延迟进入该线网段的时间。

系统方案二：在系统方案一的基础上，控制降低所述即将驶入该线网段的无轨电车的用电功率，以实现所述控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度。

系统方案三：在系统方案一的基础上，所述控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率具体为：优先降低慢充充电装置的输出功率，降低或者停止即将充满电的充电装置的输出功率。

系统方案四：在系统方案一的基础上，对于线网段上的各无轨电车，优先降低双源无轨电车的用电功率。

系统方案五：在系统方案四的基础上，控制双源无轨电车脱网运行，在驶出该线网段之后控制挂网运行。

系统方案六：在系统方案一的基础上，当总用电功率小于或者等于线网段第二允许功率限值，且大于线网段功率下限阈值时，恢复与线网段连接的充电装置的输出功率，所述第二允许功率限值小于或者等于所述第一允许功率限值。

系统方案七：在系统方案六的基础上，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，控制增大该线网段上的各双源无轨电车的用电功率，在保证车辆运行的同时，还对各双源无轨电车中的动力电源进行在线充电。

系统方案八：在系统方案六的基础上，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，向该线网段所对应的区域内的新能源汽车发送提示信号，提示各新能源汽车进行充电。

附图说明

图1是实施线网区域能量管理控制方法的硬件系统示意图；

图2是区域电能控制分配流程图；

图3是区域无轨电车和新能源汽车运行控制流程图；

图4是区域无轨电车运行控制流程图。

具体实施方式

本发明提供一种线网区域能量管理控制方法，为了方便表述，以下结合一种实施该方法的系统结构来说明该控制方法，并且该系统命名为线网区域能量管理系统或者命名为基于线网电能监控的区域车辆智能管理系统。

如图1所示，系统包括云端智能控制装置、变电站电能控制装置(也称为变电站电能监控装置)、区域识别装置、充电机(即充电装置)、无轨电车以及车载控制装置。

云端智能控制装置是整个系统的控制核心，通过相应的通讯装置接收区域内线网变电站电能控制装置、线网区域识别装置、区域内充电机、区域内无轨电车以及区域内新能源汽车等所发出的相关数据信息。云端智能控制装置包括以下功能：对相关车辆的运营数据进行分析处理，通过通讯装置将相应的功率指令分配给区域内各个用电设备，调度车辆运行，从而提高区域内电能利用率。云端智能控制装置可以是基于各种智能技术的控制装置，也可以是互联网服务器，通过无线通讯装置，比如WiFi等与其他相关设备通讯连接。本实施例中的新能源汽车是采用动力电池作为动力源的纯电动汽车或者是设置有动力电池进行功能的混合动力汽车，与无轨电车是不同种类的车辆。

变电站电能控制装置用于对区域内变电站输出电能数据进行实时监控，并通过通讯装置输出电能数据给区域控制中心——云端智能控制装置，进行电能数据实时监控处理，此变电站电能控制装置依据需求对变电站输出电能进行控制。

区域识别装置是建立在线网段区域边际上的监控装置，对驶入驶出该区域内的新能源汽车进行监控识别，以实时获知该区域内的新能源汽车的情况，并通过通讯设备将检测数据传输至云端智能控制装置。

充电机是通过高压线缆与直流线网段相连接的充电设备，可以设置在地面充电站中，适用于各种需进行充电的新能源汽车，通常来说，充电机包括直流充电机和交流充电机，而且充电机分为快充充电装置和慢充充电装置，充电机的适用范围有新能源轿车、新能源公交车、团体、客运等相关车辆。

无轨电车是通过集电系统与线网相连接，并通过取用线网电能用于车辆行驶的车辆，一般包括两种：双源无轨电车或者是普通的、仅包括一种动力源的无轨电车。

车载控制装置是指安装在新能源汽车上，可以进行精确定位、且可以与云端智能控制装置进行通讯，并相互传递信息，以便云端智能控制装置能够对车辆电能应用进行控制的控制设备。这里的精确定位可以是GPS、精准射频等技术手段，也可以是其他位置反馈类设备。

因此，系统中实现通讯的通讯装置的种类可以根据实际情况进行设置，比如有线通讯，无线通讯，以及其他通讯方式。

本实施例中，云端智能控制装置的控制区域，即对应的线网段可以是一段线网或一定里程线网的距离，当然，也可以是由多条线网构成，还可以是根据控制需要专门划分的一个线网区域。

该系统为以区域资源整合理念，通过无线或有线通讯，以云端智能控制装置这一区域服务器为核心，以线网监控、充电设备监控为基础，进行的一种区域车辆管理系统。

上述对系统的组成进行了说明，以下给出线网区域能量管理控制方法的具体步骤的说明。

设定云端智能控制装置的控制区域为一个线网段，上述其他相关设备用于对该线网段中的相关数据信息进行检测。云端智能控制装置还能够控制即将驶出该线网段的无轨电车，以及即将驶入该线网段的无轨电车。

与变电站相连接的所有充电装置，即与线网段连接的所有的充电装置通过通讯设备将充电功率实时反馈至云端智能控制装置；变电站电能控制装置将变电站电能数据实时反馈至云端智能控制装置。其中，变电站直接连接线网段，那么，变电站的输出功率就是线网段的功率，变电站电能控制装置还能够设置线网段的相关功率设定值，如下文中的线网段第一允许功率限值、线网段第二允许功率限值和线网段功率下限阈值等，第二允许功率限值小于或者等于第一允许功率限值，第二允许功率限值大于线网段功率下限阈值。在该线网段上挂网的各无轨电车也把相应的用电功率，即线网段输入给无轨电车的输入功率传输给云端智能控制装置。

云端智能控制装置就能够获知线网段上的所有用电设备的用电功率，并计算所有的用电功率的和值，得到线网段的总用电功率。

云端智能控制装置对总用电功率进行分析，根线网段上的相关功率设定值进行比对，以实时进行功率调节，具体如下：

云端智能控制装置比较总用电功率与线网段第一允许功率限值，当总用电功率达到该线网段第一允许功率限值时，表示变电站利用率过高，线网段功率即将超限，为了防止线网段保护或者跳闸动作，云端智能控制装置发送指令至与线网段连接的充电装置，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，根据功率降低的幅度就能够得到功率降低量，也就腾出了一定的功率空间，那么，就能够在一定程度上增加相关无轨电车的用电功率而不至于使线网段总用电功率进一步提升，那么，云端智能控制装置发出控制指令，控制增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，以增大该即将驶出该线网段的无轨电车的速度，进而让即将驶出该线网段的无轨电车加快驶出该线网段，当然，为了避免线网段总用电功率进一步提升，上述即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率的增大量要小于或者等于上述充电装置的功率降低量，这样的话，即便增大这些无轨电车的用电功率，也不会增加线网段总用电功率。并且，云端智能控制装置还控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，延迟进入该线网段的时间，通常来说，通过控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的用电功率来降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度。因此，通过上述三种控制方式，能够避免线网段功率超限进入保护或跳闸状态。即将驶出该线网段可以理解为无轨电车在前进方向上距离该线网段的相关边界的距离小于一定值；即将驶入该线网段可以理解为无轨电车在前进方向上距离该线网段的相关边界的距离小于一定值。

上述在降低与线网段连接的充电装置的输出功率时，由于充电装置通常分为快充充电装置和慢充充电装置，那么，优先限制慢充充电装置的输出功率(即充电功率)，也就是优先降低慢充充电装置的输出功率，并且降低甚至停止即将充满电的充电装置的输出功率，还可以相应地调配快慢充车辆的比例。其中，即将充满电可以指被充对象的SOC大于一定值，慢充充电装置是指充电功率低于一定值的充电装置。

进一步地，如果上述控制策略限制功率的效果不明显，比如线网段上的在线无轨电车过多，那么，就需要调节该线网段上的在线无轨电车的用电功率，云端智能控制装置优先降低双源无轨电车的用电功率，进一步地，通过无线通讯装置控制双源无轨电车脱网运行，从线网上接入的用电功率为0，在驶出该线网段之后控制挂网运行，即进入下一个线网段区域后再进行挂网行驶，从而进一步避免线网功率超限进入保护或跳闸，造成线路瘫痪。

当总用电功率小于或者等于线网段第二允许功率限值，且大于线网段功率下限阈值时，表示变电站利用率不是特别高，那么，云端智能控制装置通过通讯装置向与线网段连接的充电装置发送充电功率控制指令，恢复这些充电装置的正常输出功率，提高线网利用率。

进一步，如果线网利用率过低，即线网段的总用电功率小于或者等于线网段功率下限阈值时，云端智能控制装置通过通讯装置与区域内在线无轨电车进行通讯，控制增大该线网段上的各无轨电车的用电功率，提高在线无轨电车的功率使用。其中，在控制增大该线网段上的各双源无轨电车的用电功率时，用电功率分为两部分，一部分用于驱动车辆运行，另一部分用于为双源无轨电车中的动力电源进行在线充电。进一步地，线网段区域内所有车载控制装置将对应的新能源汽车的相关信息(比如电池SOC信息)实时反馈至云端智能控制装置，当总用电功率小于或者等于线网段功率下限阈值时，云端智能控制装置通过通讯装置向该线网段所对应的区域内的新能源汽车发送提示信号，提示各新能源汽车可以进行充电，能够大幅提高线网利用率，减少线网资源闲置。

如图2-4所示，线网段第一允许功率限值和线网段第二允许功率限值相同，对应的变电站利用率百分比均为90％，线网段功率下限阈值对应的变电站利用率百分比均为80％。基于上述控制过程，图2-图4给出了三种方面的控制流程的具体实施方式，当然，本发明并不局限于图2-图4给出了具体实施方式。

上述中，云端智能控制装置对一个控制区域进行控制。当然，还可以以图1所示的系统为子单位，进行多个单位并行控制，从而实现范围内全部线网区域的控制使用。

另外，在多个区域并行控制时，云端智能控制装置对区域内数据进行存储学习，对各车辆的运行车速、数量等数据进行分析，形成各变电站下车辆数据库，通过时间进行周期性控制调度，确保各变电站运行利用率最高；当区域内某个变电站故障或者功率受限或者变电站利用率过高时，及时通讯调度后续车辆进入其他变电站正常区域进行运行和充电等，从而实现各变电站间电能调配、车辆调度等功能。

因此，本发明涉及无轨电车直流线网电能监控及线网区域车辆运行、充电等区域智能管理技术领域，实现区域充电场站与线网配合管控，区域车辆运行管理，充电场站车辆充电功率调配等，通过建立区域车辆管理系统，对区域内车辆、充电站及线网电能进行高效分配管理。线网区域能量管理控制方法的整体内容为：通过云端智能控制装置实时获取区域内无轨电车、新能源汽车、充电站、变电站等信息，进行大数据处理，对一定时间段内的车辆运行情况、变电站负荷情况、充电站充电机情况等进行分析，有效实现区域内的功率分配，有效整合区域电能资源，使区域内动态情况下电能利用率提高，而且，通过相应的策略还可以实现车辆停靠提示、乘客乘车最优点提示等措施，实现避开高峰、错开拥堵情况。

上述方法可以作为一种计算机程序，存储在线网区域能量管理控制系统中能量管理控制模块中的存储器中并可在能量管理控制模块中的处理器上运行。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述线网区域能量管理控制方法，图1所示的系统的作用仅仅是便于说明该方法的实现过程，因此，本发明并不局限于图1所示的系统。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对于某一个线网段，检测该线网段上各用电设备的用电功率，并计算所有用电功率之和，得到总用电功率；

(2)比较总用电功率与线网段第一允许功率限值，当总用电功率达到所述线网段第一允许功率限值时，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，得到充电装置的功率降低量，控制增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，以增大即将驶出该线网段的无轨电车的速度，控制即将驶出该线网段的无轨电车加快驶出该线网段，即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率的增大量小于或者等于所述功率降低量，且控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，延迟进入该线网段的时间。

2.根据权利要求1所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，控制降低所述即将驶入该线网段的无轨电车的用电功率，以实现所述控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度。

3.根据权利要求1所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，所述控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率具体为：优先降低慢充充电装置的输出功率，降低或者停止即将充满电的充电装置的输出功率。

4.根据权利要求1所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，对于线网段上的各无轨电车，优先降低双源无轨电车的用电功率。

5.根据权利要求4所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，控制双源无轨电车脱网运行，在驶出该线网段之后控制挂网运行。

6.根据权利要求1所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，当总用电功率小于或者等于线网段第二允许功率限值，且大于线网段功率下限阈值时，恢复与线网段连接的充电装置的输出功率，所述第二允许功率限值小于或者等于所述第一允许功率限值。

7.根据权利要求6所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，控制增大该线网段上的各双源无轨电车的用电功率，在保证车辆运行的同时，还对各双源无轨电车中的动力电源进行在线充电。

8.根据权利要求6所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制方法，其特征在于，当总用电功率小于或者等于所述线网段功率下限阈值时，向该线网段所对应的区域内的新能源汽车发送提示信号，提示各新能源汽车进行充电。

9.一种基于无轨电车的线网区域能量管理控制系统，包括能量管理控制模块，所述控制模块包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下控制步骤：

(1)对于某一个线网段，检测该线网段上各用电设备的用电功率，并计算所有用电功率之和，得到总用电功率；

(2)比较总用电功率与线网段第一允许功率限值，当总用电功率达到所述线网段第一允许功率限值时，控制降低与线网段连接的充电装置的输出功率，得到充电装置的功率降低量，控制增大即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率，以增大即将驶出该线网段的无轨电车的速度，控制即将驶出该线网段的无轨电车加快驶出该线网段，即将驶出该线网段的无轨电车的用电功率的增大量小于或者等于所述功率降低量，且控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度，延迟进入该线网段的时间。

10.根据权利要求9所述的基于无轨电车的线网区域能量管理控制系统，其特征在于，控制降低所述即将驶入该线网段的无轨电车的用电功率，以实现所述控制降低即将驶入该线网段的无轨电车的速度。